JP2006010891A - Optical coupler and its mounting structure - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光配線システムにおいて、実装基板上に実装された発光素子や受光素子と光ファイバとの間で光路を接続し、発光素子から出射された光を光ファイバを通じて外部へ出力したり、光ファイバを通じて外部から入力された光を受光素子へ伝送したりする光結合装置及びその実装構造に関するものである。 In the optical wiring system, the present invention connects an optical path between a light emitting element or a light receiving element mounted on a mounting substrate and an optical fiber, and outputs light emitted from the light emitting element to the outside through the optical fiber. The present invention relates to an optical coupling device that transmits light input from the outside through an optical fiber to a light receiving element and a mounting structure thereof.
これまで、電子機器内のボード間又はボード内のチップ間など、比較的短距離間の情報伝達は、主に電気信号により行われてきたが、集積回路の性能を更に向上されるためには、信号の高速化や信号配線の高密度化が必要となる。しかし、電気信号配線においては、配線の時定数による信号遅延や、ノイズ発生等の問題から、電気信号の高速化や電気信号配線の高密度化が困難である。 Until now, information transmission over a relatively short distance, such as between boards in electronic equipment or between chips in a board, has been performed mainly by electrical signals, but in order to further improve the performance of integrated circuits. Therefore, it is necessary to increase the signal speed and the signal wiring density. However, in the electric signal wiring, it is difficult to increase the speed of the electric signal and increase the density of the electric signal wiring due to problems such as signal delay due to the time constant of the wiring and generation of noise.
こうした問題を解決する光配線(光インターコネクション)が注目されている。光配線は、電子機器間、電子機器内のボード間又はボード内のチップ間など、種々の箇所に適用可能であり、例えばチップ間のような短距離の信号の伝送には、チップが搭載されている基板上に光導波路を形成し、この光導波路を信号変調されたレーザ光等の伝送路とした光伝送・通信システムを構築することができる。 Optical wiring (optical interconnection) that solves these problems is drawing attention. Optical wiring can be applied to various locations such as between electronic devices, between boards in electronic devices, or between chips in a board. For example, chips are mounted for short-distance signal transmission between chips. An optical waveguide can be formed on a substrate, and an optical transmission / communication system can be constructed using the optical waveguide as a transmission path for signal-modulated laser light or the like.
一方、比較的長い距離の信号の伝送には光ファイバが適している。従って、光配線システムにおいて、実装基板上に実装された発光素子や受光素子と光ファイバとの間で光路を接続し、発光素子から出射された光を光ファイバを通じて外部へ出力したり、光ファイバを通じて外部から入力された光を受光素子へ伝送したりする光結合装置が必要である。 On the other hand, an optical fiber is suitable for transmitting a signal over a relatively long distance. Therefore, in an optical wiring system, an optical path is connected between a light emitting element or a light receiving element mounted on a mounting substrate and an optical fiber, and light emitted from the light emitting element is output to the outside through the optical fiber, or an optical fiber. An optical coupling device that transmits light input from the outside to the light receiving element is required.
この際、現在、発光部又は受光部が素子の上面に設けられた面型の発光または受光素子が普及し、多くの品種が低コストで供給されていることや、実装形態としては高密度実装が求められていることを考慮すると、上記の光結合装置は、実装基板上に実装された面型の発光または受光素子とコンパクトに光結合できる構造をもつものであることが望ましい。また、入出力される光の接続損失が許容範囲に収まるように、接続精度を良好に保つ必要があると共に、実装基板に着脱可能であるように取り付けられ、接続する発光または受光素子を必要に応じて変更可能である光コネクタ型の結合形態を有するものがより望ましい。なお、以下、本明細書において、発光素子および受光素子を区別しない場合に、これらを光素子と呼ぶことがある。 At this time, surface-type light-emitting or light-receiving elements in which a light-emitting part or light-receiving part is provided on the upper surface of the element are widespread, and many types are supplied at low cost. Therefore, it is desirable that the above-described optical coupling device has a structure that can be compactly optically coupled to a surface light emitting or receiving element mounted on a mounting substrate. In addition, it is necessary to maintain good connection accuracy so that the connection loss of input and output light is within the allowable range, and it is necessary to have a light-emitting or light-receiving element that is attached and detachable to the mounting board. It is more desirable to have an optical connector type coupling configuration that can be changed accordingly. Hereinafter, in the present specification, when the light emitting element and the light receiving element are not distinguished, they may be referred to as optical elements.
従来、光コネクタ型の結合形態を有する光結合装置としては、例えば特許3301791号公報に、プラグ側の光ファイバにフェルールを装着し、発光ダイオードなどの光電素子を搭載したレセプタクル側のスリーブと嵌め合わせ、光ファイバと光電素子とを光結合する例が示されている。しかし、この構造は、光電素子が実装基板上に実装されていないので、適用できる用途は限られている。 Conventionally, as an optical coupling device having an optical connector type coupling configuration, for example, in Japanese Patent No. 3301791, a ferrule is attached to an optical fiber on a plug side and is fitted with a sleeve on a receptacle side on which a photoelectric element such as a light emitting diode is mounted. An example of optically coupling an optical fiber and a photoelectric element is shown. However, this structure has limited applications because the photoelectric element is not mounted on the mounting substrate.
実装基板上に実装された面型の光素子と光ファイバとを光結合する光結合装置としては、例えば後述の特許文献1に、面型の受発光素子を基板面に対して横向き(入射光または出射光の方向が基板面に平行になる向き)に実装し、受光または発光部に光ファイバを対向配置する光コネクタの例が示されている。
As an optical coupling device that optically couples a surface type optical element mounted on a mounting substrate and an optical fiber, for example, in
図8は、特許文献1に開示されている光コネクタ100の、接続状態における断面図(a)と接続前の状態における断面図(b)とである。なお、同図(a)は、同図(b)よりやや拡大して示している。光コネクタ100では、プラグ101の側では、光ファイバ103にフェルール102を装着し、他方、レシーバ104の側では、面型の受発光素子106をこの素子への電気的接続を行うFPC基板(フレキシブルプリント配線基板)107と共にレセプタクル105に搭載し、レセプタクル105ごと基板108の上に横向きに実装する。そして、上述した特許3301791号公報に示されている光コネクタと同様、フェルール102とレセプタクル105との嵌め合わせにより、受発光素子106と光ファイバ103との光結合を行う。
FIG. 8 is a cross-sectional view (a) in a connected state and a cross-sectional view (b) in a state before connection of the optical connector 100 disclosed in
上記の構造は、光素子の実装に特殊な構造を有するレシーバ104を用いるため、コスト高になるという問題点がある。また、基板108の面に平行な方向にプラグ101を抜き差しする構造であるため、基板108上にこの着脱のためのスペースが必要になり、実装密度が低下する、あるいは高集積化されて素子が密集して配置されている基板上では使えないという問題点がある。
The above structure has a problem that the cost increases because the
上記の例でレシーバ104を用いて面型の受発光素子106を横向きに実装しているのは、下記の理由による。すなわち、面型の光素子を基板上に直接固定すると、光素子へ入射する光または光素子から出射される光の方向が基板面にほぼ直交する方向になる。この方向に光コネクタなどの光結合装置を配置すると、例えばこのスペースに他の基板を並置することができなくなるなど、他の素子の実装に利用できない無駄なスペ−スが生じ、実装密度が低下し、その結果、装置が大型化する。
In the above example, the surface type light emitting / receiving
従って、面型の光素子を基板上に直接固定し、且つ、実装密度の低下を招かないためには、光素子の入射光または出射光の方向を基板面にほぼ平行な方向へ約90度変化させる必要がある。 Therefore, in order to directly fix the surface-type optical element on the substrate and not reduce the mounting density, the direction of incident light or outgoing light of the optical element is approximately 90 degrees in a direction substantially parallel to the substrate surface. Need to change.
このような方向変換のための光結合装置としては、例えば後述の特許文献2に、光ファイバを用いるオプトメカニカルコネクタが示されている。
As such an optical coupling device for direction change, for example,
図9は、特許文献2に開示されているオプトメカニカルコネクタ120の斜視図である。オプトメカニカルコネクタ120では、光ファイバ121は、一方の端部で、固定具123に形成された、断面がV字形の溝に挿入され、傾斜した側面との接触で調芯され、蓋124によって押さえられ、固定されている。その左右には2本のガイドピン122が、光ファイバ121と同様、固定具123に形成された、断面が逆台形の溝に挿入され、傾斜した側面との接触で調芯され、蓋124によって押さえられ、固定されている。そして、これらの集合体はプラスチックカプセル125によって保持されている。光ファイバ121は、プラスチックカプセル125内で所望の角度、例えば90度方向変換されて保持されており、他方の端部においても、上記の端部と同様に、2本のガイドピン126と共に固定具127と蓋128によって位置決めして保持されている。
FIG. 9 is a perspective view of the
上記のオプトメカニカルコネクタ120を使用するには、例えば、光素子が固定された実装基板にガイドピン122と嵌合するガイド孔を設け、このガイド孔とガイドピン122との嵌合によってオプトメカニカルコネクタ120を実装基板に位置固定し、光素子と光ファイバとの光結合を形成する。そして、光ファイバ121を伝播する間に光素子の入出射光の方向を所望の角度だけ変化させる。
In order to use the
しかし、上記のオプトメカニカルコネクタ120のように光ファイバを引き回して光路の方向変換を行う方法は、光ファイバの曲げの曲率半径を小さくしすぎると、伝播する光の損失が大きくなるため、方向転換に要する光ファイバのサイズが大型化する。このため、光ファイバを用いる光路変換装置を基板に実装すると、大きな光路変換装置が基板から突出することになり、このスペースに他の基板を並置することができなくなるなど、他の素子の実装に利用できない無駄なスペ−スが生じ、実装密度が低下する、あるいは何枚もの基板を並列に重ねて配置する装置の中では用いることができないという問題点がある。
However, the method of changing the direction of the optical path by drawing the optical fiber as in the opto-
また、光ファイバのみを用いる装置では、光回路を組み込むことは難しい。例えば、光の合分波を行うためには、ファイバカプラや融着によるファイバ結合などが必要となり、2分岐としても小さなコネクタ部に収めることは困難である。ましてや3分岐以上の多分岐となると、なおさら困難になる。更には、光の干渉を用いる波長合分波器などの複雑な回路は、光ファイバで構成することができない、もしくはできたとしても著しく大型化するため、組み込むことは実際上、不可能である。 In addition, in an apparatus using only an optical fiber, it is difficult to incorporate an optical circuit. For example, in order to perform optical multiplexing / demultiplexing, a fiber coupler or a fiber coupling by fusion is required, and it is difficult to fit two branches into a small connector portion. It becomes even more difficult if there are more than 3 branches. Furthermore, a complicated circuit such as a wavelength multiplexer / demultiplexer that uses optical interference cannot be configured with an optical fiber, or even if it can, it is significantly enlarged, so that it is practically impossible to incorporate it. .
一方、例えば後述の特許文献3には、光導波路の端部に傾斜端面を形成し、この傾斜端面を光の反射面として用いることで光路の方向変換を行う例が示されている。
On the other hand, for example,
図10は、特許文献3に開示されている光モジュール140の断面図である。光モジュール140では、基板141の上にはんだバンプ142が形成され、そのバンプに面型発光素子の一例であるVCSEL(垂直共振器型面発光レーザ)143が発光部144を下向きに向けて固定されている。他方、光導波路145は、その一方の端面が45度傾斜ミラー147として機能する傾斜端面に形成され、その45度傾斜ミラー147が発光部144に対向する位置に配置されるように、基板141の上に固定されている。
FIG. 10 is a cross-sectional view of the optical module 140 disclosed in
光モジュール140の動作時には、VCSEL143の発光部144から出射されたレーザ光は、光導波路145に上方から入射し、45度傾斜ミラー147で反射され、光導波路コア146内に導かれ、光コネクタ148へ経て、その先の、例えば光ファイバへ伝送される。このようにして、45度傾斜ミラー147を介してVCSEL143と光導波路コア146および光ファイバとが光結合すると共に、VCSEL143から基板面にほぼ直交する方向に出射されたレーザ光は、ほぼ90度方向変換され、基板面にほぼ平行な方向へ伝送される。
During the operation of the optical module 140, the laser light emitted from the light emitting unit 144 of the VCSEL 143 enters the optical waveguide 145 from above, is reflected by the 45-degree
このように、実装基板上に実装された面型の光素子と光ファイバとを傾斜端面を有する光導波路を介して光結合すれば、光結合と同時に入射光又は出射光の方向を基板に平行な方向に変化させることができ、基板同士をコンパクトに重ねて並置して高密度実装を実現することができる。しかしながら、光モジュール140では、光導波路145が基板141の上に固定されているため、この領域に他の素子を実装できない。また、光導波路145に対してVCSEL143を位置合わせするので、高さ方向(基板141に垂直な方向)におけるVCSEL143の位置を光導波路145の上方にするために、VCSEL143を特殊な形態で基板141に実装しなければならない。また、光導波路の作製に特殊な工程を必要とする。更に、接続する光素子を必要に応じて変更できる光コネクタ型の結合形態をとることはできない。
In this way, when the surface optical element mounted on the mounting substrate and the optical fiber are optically coupled through the optical waveguide having the inclined end surface, the direction of incident light or outgoing light is parallel to the substrate simultaneously with the optical coupling. Can be changed in any direction, and the substrates can be compactly stacked and juxtaposed to achieve high-density mounting. However, in the optical module 140, since the optical waveguide 145 is fixed on the
特許文献1と特許文献2とを用いて例示したように、実装基板に実装した面型の光素子を光ファイバに直接光結合させる場合には、光素子を特殊な保持具に搭載するとコスト高になり、実装基板に大型の光路変換装置を実装すると実装密度が低下するという問題点がある。
As illustrated using
特許文献3に示されているように、傾斜端面を有する光導波路を介して面型の光素子と光ファイバとを光結合する場合には、上記の問題点は解決されるが、光導波路が基板上に固定される場合には、この領域に他の素子を実装できない上、光導波路に対して光素子を位置合わせする結果、特殊な方法で光素子を実装しなければならない。また、光導波路の作製に特殊な工程を必要とする。更に、接続する光素子を必要に応じて変更できる光コネクタ型の結合形態をとることはできない。
As shown in
本発明の目的は、上記のような実情に鑑み、実装基板面と交差する方向に光を出射又は入射するように実装された光素子と光結合でき、この光の伝播方向を実装基板に平行な方向にコンパクトに方向変換し、光ファイバを通じて外部と光の入出力を行うことができ、しかも、容易に低コストで作製でき、接続する光素子を変更可能な光コネクタ型の結合形態を取り得る光結合装置及びその実装構造を提供することにある。 In view of the above circumstances, the object of the present invention can be optically coupled with an optical element mounted so that light is emitted or incident in a direction intersecting the mounting substrate surface, and the light propagation direction is parallel to the mounting substrate. It is possible to change the direction in a compact direction, input / output light from / to the outside through an optical fiber, and can be easily manufactured at low cost, and adopt an optical connector type coupling form that can change the optical elements to be connected. It is an object to provide an optical coupling device and a mounting structure thereof.
即ち、本発明は、光導波路と光ファイバとが光結合してなる光結合装置において、
前記光導波路内又は外へ光を反射させるための傾斜端面が前記光導波路の第1の端部 に形成され、
且つ、前記光導波路の第2の端部において前記光導波路と前記光ファイバとが光結合 され、
実装基板面と交差する方向に光出射又は光入射するように前記実装基板に固定された 発光又は受光素子の発光又は受光部に前記傾斜端面が対向配置される状態で、前記実装 基板に取り付けられるように構成されている
ことを特徴とする光結合装置に係わり、また、
光結合装置と、発光又は受光素子と、この光素子を固定した実装基板とを有し、
前記光結合装置においては、
光導波路と光ファイバとが光結合してなり、
前記光導波路内又は外へ光を反射させるための傾斜端面が前記光導波路の第1の端部 に形成され、
且つ、前記光導波路の第2の端部において前記光導波路と前記光ファイバとが光結合 され、
実装基板面と交差する方向に光出射又は光入射するように前記実装基板に固定された 発光又は受光素子の発光又は受光部に前記傾斜端面が対向配置される状態で、前記実装 基板に取り付けられている、
光結合装置の実装構造に係わるものである。
That is, the present invention provides an optical coupling device in which an optical waveguide and an optical fiber are optically coupled.
An inclined end surface for reflecting light into or out of the optical waveguide is formed at the first end of the optical waveguide,
And the optical waveguide and the optical fiber are optically coupled at the second end of the optical waveguide,
Attached to the mounting substrate in a state where the inclined end surface is opposed to a light emitting or receiving portion of a light emitting or receiving element fixed to the mounting substrate so that light is emitted or incident in a direction intersecting the mounting substrate surface. An optical coupling device characterized by being configured as follows:
An optical coupling device, a light emitting or light receiving element, and a mounting substrate on which the optical element is fixed;
In the optical coupling device,
An optical waveguide and an optical fiber are optically coupled,
An inclined end surface for reflecting light into or out of the optical waveguide is formed at the first end of the optical waveguide,
And the optical waveguide and the optical fiber are optically coupled at the second end of the optical waveguide,
Attached to the mounting substrate in a state where the inclined end surface is opposed to a light emitting or light receiving portion of a light emitting or receiving element fixed to the mounting substrate so that light is emitted or incident in a direction intersecting the mounting substrate surface. ing,
The present invention relates to a mounting structure of an optical coupling device.
本発明によれば、光結合装置は、光導波路と光ファイバとが光結合してなり、前記光導波路内又は外へ光を反射させるための傾斜端面が前記光導波路の第1の端部に形成され、且つ、前記光導波路の第2の端部において前記光導波路と前記光ファイバとが光結合されている。そして、その実装形態において、実装基板面と交差する方向に光出射又は光入射するように前記実装基板に固定された発光又は受光素子の発光又は受光部に、前記傾斜端面が対向配置される状態で、前記実装基板に取り付けられる。このため、前記発光素子が出射する光、又は前記受光素子に入射する光は、前記傾斜端面による反射を介して前記光結合装置と光結合すると同時に、例えば前記実装基板にほぼ平行な方向に、方向変換され、光ファイバを通じて外部とやり取りされる。 According to the present invention, in the optical coupling device, the optical waveguide and the optical fiber are optically coupled, and an inclined end surface for reflecting light into or out of the optical waveguide is formed at the first end of the optical waveguide. The optical waveguide is optically coupled to the optical fiber at the second end of the optical waveguide. And in the mounting form, the inclined end face is disposed opposite to the light emitting or light receiving portion of the light emitting or light receiving element fixed to the mounting board so that light is emitted or incident in a direction intersecting the mounting board surface. And attached to the mounting board. For this reason, the light emitted from the light emitting element or the light incident on the light receiving element is optically coupled to the optical coupling device through reflection by the inclined end surface, and at the same time, for example, in a direction substantially parallel to the mounting substrate. The direction is changed and exchanged with the outside through an optical fiber.
この際、前記発光素子が出射する光、又は前記受光素子に入射する光は、前記傾斜端面による反射によって方向変換されるため、そのために必要な長さは光導波路層の厚み分にすぎない。従って、光ファイバなどを用いて導光路の曲がりによって方向変換する光方向変換装置に比べ、きわめて小型の前記光結合装置を作製することができる。このため、前記実装基板を他の実装基板と近接させて並置することができる。また、前記光導波路は、前記実装基板から離間した状態で位置固定されるので、これによって前記実装基板上に他の素子の実装に利用できない領域が生じることはない。以上の結果、高密度な実装を実現し、前記実装構造を小型化することができる。 At this time, since the light emitted from the light emitting element or the light incident on the light receiving element is redirected by reflection by the inclined end face, the length required for this is only the thickness of the optical waveguide layer. Therefore, it is possible to manufacture the optical coupling device that is extremely small compared to an optical direction changing device that changes the direction by bending the light guide using an optical fiber or the like. Therefore, the mounting board can be juxtaposed with another mounting board in close proximity. Further, since the optical waveguide is fixed in a position apart from the mounting substrate, this does not cause an area that cannot be used for mounting other elements on the mounting substrate. As a result, high-density mounting can be realized, and the mounting structure can be downsized.
また、前記方向変換によって、多くの品種が低コストで供給されている面型の発光または受光素子を利用することができるようになる。この際、特許文献3のように前記光導波路に対し光素子を位置合わせするのではなく、前記面型の発光または受光素子に対して前記光導波路の方を位置合わせするので、前記発光又は受光素子を特殊な形態で前記実装基板に固定する必要はない。また、前記光導波路は、通常の工程で作製される。この結果、本発明の光結合装置及びその実装構造は、容易に、歩留まりよく、低コストで作製することができる。更に、前記光導波路を位置合わせする前記発光又は受光素子を、必要に応じて変更するようにすれば、接続する光素子を変更可能な光コネクタ型の結合形態を実現することができる。
In addition, the direction change makes it possible to use a surface-type light-emitting or light-receiving element in which many types are supplied at low cost. At this time, the optical waveguide is not aligned with the optical waveguide as in
本発明において、前記光結合装置は、前記実装基板に対しその面方向と交差する方向に抜き差しし、着脱可能であるように取り付けるのがよい。これにより、前記光結合装置を、接続する発光または受光素子を必要に応じて変更することができる光コネクタ型の結合形態を有する光結合装置を形成することができる。しかも、着脱の際、前記実装基板と交差する方向、例えば基板に垂直な方向に抜き差しするので、前記実装基板上に着脱のためのスペースを必要とせず、実装密度が低下する、あるいは素子が密集して配置されている高集積化実装基板では使えないということがない。 In the present invention, it is preferable that the optical coupling device is attached to the mounting substrate so that the optical coupling device can be attached to and detached from the mounting substrate in a direction intersecting the surface direction. Accordingly, it is possible to form an optical coupling device having an optical connector type coupling configuration in which the light coupling or light receiving element to be connected to the optical coupling device can be changed as necessary. In addition, when mounting / dismounting, the mounting board is inserted / removed in a direction intersecting the mounting board, for example, in a direction perpendicular to the board, so that a mounting / demounting space is not required on the mounting board, and the mounting density is reduced or the elements are densely packed. Therefore, it cannot be used with a highly integrated mounting board.
この際、前記実装基板上の前記発光又は受光素子に対する位置決め手段が設けられているのがよく、前記位置決め手段が、例えば、前記実装基板との凹凸嵌合手段からなるのがよい。より具体的には、前記光導波路に設けられた突起に対して嵌合する凹部又は貫通孔を有するのがよい。これにより、前記光結合装置の前記傾斜端面を前記発光又は受光素子に対して、速く、正確確実に、そして容易に位置合わせすることができ、前記発光又は受光素子と前記光結合装置とを光結合することができる。前記位置決め手段は、位置固定できる手段であれば何であってもよいが、着脱可能に位置固定できる手段であることが望ましく、具体的には、突起と貫通孔との組み合わせなどの凹凸嵌合手段などが好適である。 At this time, positioning means for the light emitting or light receiving element on the mounting board is preferably provided, and the positioning means may be, for example, uneven fitting means with the mounting board. More specifically, it is preferable to have a recess or a through hole that fits into a protrusion provided on the optical waveguide. Accordingly, the inclined end face of the optical coupling device can be quickly, accurately, and easily aligned with respect to the light emitting or light receiving element, and the light emitting or light receiving element and the optical coupling device can be aligned with each other. Can be combined. The positioning means may be any means as long as it can be fixed in position, but is preferably means that can be fixed in a detachable manner, specifically, a concave-convex fitting means such as a combination of a projection and a through-hole. Etc. are suitable.
また、前記光導波路がコアとクラッドとの接合体からなり、導光路である前記コアが、単一のコア部が複数のコア部に分岐する分岐構造、及び/又は、複数のコア部が1本のコア部に結合する合波構造を有しているのがよい。このような分岐構造及び/又は合波構造は、光ファイバで形成することも可能であるが、前記光導波路で形成することにより小型化することができる。また、更に複雑な機能を有する光回路を組み込むこともでき、高機能な光結合装置を実現することができる。例えば、マッハツェンダー干渉器を有し、波長の合分波を行う光回路や、複数の方向性結合器やマッハツェンダー干渉器を有し、波長アドドロップ機能をもつ光回路など、光ファイバでは構成することが困難な光回路を容易に実現することができる。 Further, the optical waveguide is composed of a joined body of a core and a clad, and the core that is a light guide path is a branched structure in which a single core portion is branched into a plurality of core portions, and / or a plurality of core portions is 1 It is preferable to have a multiplexing structure coupled to the core portion of the book. Such a branching structure and / or combining structure can be formed with an optical fiber, but can be reduced in size by forming with the optical waveguide. Further, an optical circuit having a more complicated function can be incorporated, and a highly functional optical coupling device can be realized. For example, optical fibers such as an optical circuit that has a Mach-Zehnder interferometer and performs wavelength multiplexing and demultiplexing, an optical circuit that has multiple directional couplers and Mach-Zehnder interferometers, and has a wavelength add / drop function It is possible to easily realize an optical circuit that is difficult to do.
また、前記光導波路のうちの前記第1の端部側の少なくとも一部分が、柔軟性を有する薄膜光導波路となっているのがよい。この際、前記薄膜光導波路がコアとクラッドとの接合体のみで構成されているのがよい。これにより、前記光結合装置の前記傾斜端面を任意の方向に配置することができ、前記実装基板に固定された前記発光又は受光素子のうちの所望の素子と光結合を形成することができる。また、前記コアが前記第1の端部側で複数のコア部に分岐している場合には、複数の前記第1の端部で複数の前記発光又は受光素子と光結合を形成することが可能である。これによって、例えば、前記実装基板上で離れた位置にある複数の前記光素子を1つの前記光結合装置で結合することが可能になるなど、前記実装基板上の位置に制約されずに所望の前記光素子と前記光結合装置とを光結合することができる。 In addition, at least a part of the optical waveguide on the first end side may be a thin film optical waveguide having flexibility. At this time, it is preferable that the thin film optical waveguide is constituted only by a joined body of a core and a clad. Thereby, the inclined end face of the optical coupling device can be arranged in an arbitrary direction, and optical coupling can be formed with a desired element among the light emitting or light receiving elements fixed to the mounting substrate. Further, when the core is branched into a plurality of core portions on the first end portion side, a plurality of light emitting or light receiving elements may be optically coupled with the plurality of first end portions. Is possible. Thus, for example, it becomes possible to combine a plurality of the optical elements at positions separated on the mounting board with one optical coupling device, and the desired position without being restricted by the position on the mounting board. The optical element and the optical coupling device can be optically coupled.
また、前記光導波路が樹脂によって形成されているのがよい。前記接合体が樹脂によって形成されているのがよい。光導波路の材料として有機材料系の樹脂を用いることで、従来の石英系光導波路を用いる場合に比べて、光導波路作製プロセスを簡易化できる。例えば、UV(紫外線)硬化型有機材料を用いると、スピンコート等による成膜や、フォトリソグラフィによるコア加工が可能であり、石英系光導波路のようなCVD(Chemical Vapor Deposition:化学気相成長法)またはFHD(Flame Hydrolysis Deposition:火炎堆積法)等による成膜や、RIE(Reactive Ion Etching:反応性イオンエッチング法)によるコア加工が必要ではなくなり、安価な設備投資と低い製造コストで、前記光導波路を作製することが可能になる。 The optical waveguide is preferably made of resin. The joined body is preferably formed of a resin. By using an organic material-based resin as the material of the optical waveguide, the optical waveguide manufacturing process can be simplified as compared with the case of using a conventional silica-based optical waveguide. For example, when a UV (ultraviolet) curable organic material is used, film formation by spin coating or core processing by photolithography is possible, and CVD (Chemical Vapor Deposition: chemical vapor deposition method) like a quartz optical waveguide is possible. ) Or FHD (Flame Hydrolysis Deposition), etc., and core processing by RIE (Reactive Ion Etching) are not required, and the optical A waveguide can be manufactured.
また、前記発光又は受光素子が面型の発光又は受光素子であり、この光素子の出射光又は入射光の方向が前記実装基板面にほぼ垂直であり、前記第1の端部の前記光導波路内を伝播する光の方向が前記実装基板面とほぼ平行であるように構成されるのがよい。これにより、多くの品種が低コストで供給されている面型の発光または受光素子などの光素子を利用することができるようになると共に、前記実装基板を他の実装基板と近接させて並置し、高密度実装を実現し、前記実装構造を小型化することができる。 The light emitting or light receiving element is a planar light emitting or light receiving element, and the direction of the emitted light or incident light of the optical element is substantially perpendicular to the mounting substrate surface, and the optical waveguide at the first end portion It is preferable that the direction of light propagating in the interior is substantially parallel to the mounting substrate surface. This makes it possible to use optical elements such as surface-type light-emitting or light-receiving elements, which are supplied at a low cost by many varieties, and arrange the mounting substrates in close proximity to each other. High-density mounting can be realized, and the mounting structure can be downsized.
以下、本発明の好ましい実施の形態を図面参照下に詳細に説明するが、本発明は下記の例に何ら限定されるものではない。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following examples.
実施の形態1
図1は、本発明の実施の形態1に基づく光結合装置及びその実装構造を示す斜視図である。図1に示す実装構造は、光結合装置10と、光素子30と、光素子30が固定され、光結合装置10が位置固定される実装基板20などで構成されている。
FIG. 1 is a perspective view showing an optical coupling device and its mounting structure according to
光結合装置10は、主として、光ファイバ1と光導波路3とが光導波路3の第2の端部11において光結合して形成されている。光ファイバ1は光ファイバブロック2によって調芯して固定され、光導波路3は強度保持具18によって保持され、光ファイバ1と光導波路3とは、互いの光路が一致するように接着固定されている。
The
光導波路3は、例えばシリコンなどの基板4の上にコア6とクラッド7の接合体からなる光導波路層5が形成され、導光路であるコア6がクラッド7によって被覆されている埋め込み型の光導波路である。
The
光導波路層5は、例えば、アクリル系有機溶剤を用いて作製され、コア6とクラッド7との比屈折率差Δnは0.8%である。また、コア6の断面は、例えば、40μm×40μmの正方形である。
The optical waveguide layer 5 is manufactured using, for example, an acrylic organic solvent, and the relative refractive index difference Δn between the
光導波路層5の第1の端部8には、光導波路層5に対して斜め45度に傾斜した傾斜端面9が光反射面として設けられ、基板4から突出して形成されている。光導波路3には、コア6を間に挟んで左右に2つの貫通孔(直径約100μm)12が設けられており、実装基板20の側に設けられた突起21と凹凸嵌合するように形成されている。
An inclined end face 9 that is inclined at an angle of 45 degrees with respect to the optical waveguide layer 5 is provided at the first end portion 8 of the optical waveguide layer 5 as a light reflecting surface, and is formed so as to protrude from the substrate 4. The
実装基板20の上には、面型の光素子30として、例えばVCSELなどの面発光型レーザダイオードなどが固定され、その両側には直径約100μmの円筒形の2つの突起21が設けられている。この2つの突起21を光導波路3に設けられた2つの貫通孔12と凹凸嵌合させると、光結合装置10が実装基板20の上に位置固定される。この位置固定された状態では、光素子30の発光又は受光部31に対向する位置に傾斜端面9が配置され、光素子30の光軸と光導波路層5の光路とが一致するように位置合わせされる。
On the mounting
実装基板20の上に光結合装置10を位置決めする手段は、一例として貫通孔12と突起21との組み合わせを挙げたが、これに限られるものではなく、凹部と突起との凹凸嵌合などでもよく、より広くは凹凸嵌合に限らず、位置決めできる手段であれば何であってもよい。
The means for positioning the
図2は、貫通孔12と突起21との凹凸勘合によって位置決めして、光結合装置10を実装基板20に装着する方法を示すもので、嵌合前の断面図(a)と嵌合後の断面図(b)とである。図2に示すように、嵌合の際には、突起21が貫通孔12に挿入されるように、実装基板20の面に平行な方向における光結合装置10の位置を調節しながら、光結合装置10を基板面に直交する方向に押し下げる。この際、ガイド手段などの嵌合を補助する手段を設けてもよい。脱着は、装着の逆の操作を行い、光結合装置10を基板面に直交する方向に引き離す。
FIG. 2 shows a method of mounting the
上記のように、光結合装置10の着脱は、実装基板20の面に垂直な方向に光結合装置10を抜き差しして行うので、実装基板20の上に着脱のためのスペースを必要としない。このため、図2に示すように、他の素子32を光素子30に近接させて配置することができる。従って、光結合装置10の装着によって実装密度が低下する、あるいは素子が密集して配置されている高集積化実装基板に光結合装置10を装着できないという問題は生ぜず、実装構造の小型化、高密度化を実現することができる。
As described above, the
また、光素子30の受光または発光部31と突起21との位置関係を、異なる光素子間で共通化しておけば、光結合装置10は、どの光素子に対しても、貫通孔12と突起21との凹凸嵌合によって、光結合を形成することができる。この場合には、光結合装置10は、接続する光素子を必要に応じて変更することができる光コネクタ型の結合形態を有することになる。
Further, if the light receiving or light emitting
図1に示す実装構造は、発光素子が発する光を外部に出力する発光モジュール、または外部から入力された光を受け取って電気信号などに変換する受光モジュールとして機能する。すなわち、面型の光素子30がVCSELなどの面型の発光素子30である場合には、発光素子30の発光部31から実装基板20の面に垂直上向きに出射された光は、光導波路層5に下方から入射し、傾斜端面9で反射され、光導波路コア6に導かれ、光導波路3と光ファイバ1との結合部を通って光ファイバ1から外部へ送り出される。また、面型の光素子30がフォトダイオードなどの面型の受光素子である場合には、光ファイバを通じて外部から入力された光は、光導波路3と光ファイバ1との結合部を通って光導波路コア6に導かれ、傾斜端面9で反射され、実装基板20の面に垂直下向きに受光素子30の受光面31に送り込まれる。
The mounting structure illustrated in FIG. 1 functions as a light-emitting module that outputs light emitted from a light-emitting element to the outside, or a light-receiving module that receives light input from the outside and converts it into an electrical signal or the like. That is, when the planar
以上に説明したように、例えば光導波路層の一方の端部に斜め45度加工を施すことで、この端部に対し実装基板面に垂直な方向に入射した光を、この加工面による反射でコンパクトに実装基板面に平行な方向に光路変換し、実装基板面に平行な方向に設けられた光導波路のコアに導くことができる。また、光導波路のもう一方の端部に光ファイバを接続しておくことで、コアを伝播した光を光ファイバから取り出すことが可能になる。斜め45度傾斜面などの傾斜端面は、ダイシングにより容易に形成可能である。 As described above, for example, by processing one end of the optical waveguide layer at an angle of 45 degrees, the light incident on the end in a direction perpendicular to the mounting substrate surface is reflected by the processed surface. The optical path can be changed in a direction parallel to the mounting substrate surface in a compact manner and guided to the core of the optical waveguide provided in the direction parallel to the mounting substrate surface. Further, by connecting an optical fiber to the other end of the optical waveguide, it is possible to take out the light propagated through the core from the optical fiber. An inclined end face such as an inclined 45 degree inclined face can be easily formed by dicing.
上記の構造に、例えば、貫通孔または凹部と突起との組み合わせなど、着脱可能な位置決め手段を付与することで、実装基板面に垂直な方向に着脱可能で、且つ実装基板面に平行な方向に光を取り出すことが可能な、光コネクタ型の形態を有する光結合装置を実現することができる。 For example, by providing a detachable positioning means such as a combination of a through hole or a recess and a protrusion to the above structure, it can be attached and detached in a direction perpendicular to the mounting substrate surface and in a direction parallel to the mounting substrate surface. An optical coupling device having an optical connector type capable of extracting light can be realized.
本実施の形態は、プリント基板上に実装された面受発光素子に適用でき、実装構造を小型化、高集積化でき、そして光導波路部に光回路の組み込みが可能な、光コネクタ型の形態を有する光結合装置を提供するものである。この光結合装置は、プリント基板面に垂直な方向に着脱できることから、高集積化され、素子が密集して配置された基板上へも容易に着脱を行うことができる。 The present embodiment can be applied to a surface light emitting / receiving element mounted on a printed circuit board, can be downsized and highly integrated in a mounting structure, and can be integrated with an optical circuit in an optical waveguide portion. An optical coupling device having the following is provided. Since this optical coupling device can be attached / detached in a direction perpendicular to the printed circuit board surface, it can be easily attached / detached even to a highly integrated substrate on which elements are densely arranged.
実施の形態2
図3は、本発明の実施の形態2に基づく光結合装置及びその実装構造を示す斜視図である。図3に示す実装構造は、光結合装置10と、光素子30と、光素子30が固定され、光結合装置10を位置固定する実装基板20などで構成されている。但し、本明細書では、大きさなどが異なっても機能が同一であれば、同じ番号を付すものとする(以下、同様。)。
FIG. 3 is a perspective view showing an optical coupling device and its mounting structure according to
実施の形態1との違いは、実施の形態1の光結合装置10は単一のコア6からなるのに対し、本実施の形態の光導波路3は並列に配置された5本のコア6で構成されていることであり、それに対応して実装基板20の上にも5個の面型の光素子30がアレイ状に固定され、実装されていることである。
The difference from the first embodiment is that the
このように、光導波路層5内に複数のコア6を並列にアレイ状に設けることで、光コネクタ型の形態を有する多チャンネル光結合装置10を容易に実現することができる。光導波路層5でコア6の並びの間隔を微小化することで、光ファイバを並べるよりも細かいピッチで導光路が並んだ多チャンネル光結合装置を実現でき、より高集積化された実装基板上の光素子との結合に適した構造を実現することができる。
Thus, by providing a plurality of
本発明の実施の形態2に基づく光結合装置及びその実装構造は、その他の点で実施の形態1と変わりはないから、実施の形態1と同様の特徴を有することは言うまでもない。即ち、例えば光導波路層の一方の端部に斜め45度加工を施すことで、この端部に対し実装基板面に垂直な方向に入射した光を、この加工面による反射でコンパクトに実装基板面に平行な方向に光路変換し、実装基板面に平行な方向に設けられた光導波路のコアに導くことができる。また、光導波路のもう一方の端部に光ファイバを接続しておくことで、コアを伝播した光を光ファイバから取り出すことが可能になる。斜め45度傾斜面などの傾斜端面は、ダイシングにより容易に形成可能である。 The optical coupling device and the mounting structure thereof according to the second embodiment of the present invention are not different from the first embodiment in other respects, and needless to say, have the same characteristics as those of the first embodiment. That is, for example, by processing one end of the optical waveguide layer at an angle of 45 degrees, light incident in a direction perpendicular to the mounting substrate surface with respect to this end can be compactly reflected by the processing surface. The optical path can be changed in a direction parallel to the surface of the optical waveguide and guided to the core of the optical waveguide provided in the direction parallel to the mounting substrate surface. Further, by connecting an optical fiber to the other end of the optical waveguide, it is possible to take out the light propagated through the core from the optical fiber. An inclined end face such as an inclined 45 degree inclined face can be easily formed by dicing.
上記の構造に、例えば、貫通孔または凹部と突起との組み合わせなど、着脱可能な位置決め手段を付与することで、実装基板面に垂直な方向に着脱可能で、且つ実装基板面に平行な方向に光を取り出すことが可能な、光コネクタ型の形態を有する光結合装置を実現することができる。 For example, by providing a detachable positioning means such as a combination of a through hole or a recess and a protrusion to the above structure, it can be attached and detached in a direction perpendicular to the mounting substrate surface and in a direction parallel to the mounting substrate surface. An optical coupling device having an optical connector type capable of extracting light can be realized.
本実施の形態は、プリント基板上に実装された面受発光素子に適用でき、実装構造を小型化、高集積化でき、そして光導波路部に光回路の組み込みが可能な、光コネクタ型の形態を有する光結合装置を提供するものである。この光結合装置は、プリント基板面に垂直な方向に着脱できることから、高集積化され、素子が密集して配置された基板上へも容易に着脱を行うことができる。 The present embodiment can be applied to a surface light emitting / receiving element mounted on a printed circuit board, can be downsized and highly integrated in a mounting structure, and can be integrated with an optical circuit in an optical waveguide portion. An optical coupling device having the following is provided. Since this optical coupling device can be attached / detached in a direction perpendicular to the printed circuit board surface, it can be easily attached / detached even to a highly integrated substrate on which elements are densely arranged.
実施の形態3
図4は、本発明の実施の形態3に基づく光結合装置及びその実装構造を示す斜視図である。図4に示す実装構造は、光結合装置40と、光素子30と、光素子30が固定され、光結合装置40を位置固定する実装基板20などで構成されている。
FIG. 4 is a perspective view showing an optical coupling device and its mounting structure according to
実施の形態1との違いは、本実施の形態の光導波路13のコア16は、単一のコア部がコア分岐部17で2本のコア部に分岐する分岐構造を有していることである。コア16に分岐構造を設けることで、1つの光素子から出た信号を2本の光ファイバ1に送信することが可能な分岐型の光結合装置40を形成することができる。また、逆に、2本の光ファイバ1から送信されてきた2つの光を合波して1つの光素子で受光することもできる。
The difference from the first embodiment is that the
これらの例のように、光結合装置の光導波路部分に分岐構造や合波構造、あるいは更に複雑な機能を有する光回路を組み込むことができる。これにより、光ファイバのみで構成されている光結合装置に比べて、より高機能な光結合装置を実現することができる。 As in these examples, a branching structure, a multiplexing structure, or an optical circuit having a more complicated function can be incorporated in the optical waveguide portion of the optical coupling device. Thereby, compared with the optical coupling device comprised only with the optical fiber, a more highly functional optical coupling device is realizable.
本発明の実施の形態3に基づく光結合装置及びその実装構造は、その他の点で実施の形態1と変わりはないから、実施の形態1と同様の特徴を有することは言うまでもない。即ち、例えば光導波路層の一方の端部に斜め45度加工を施すことで、この端部に対し実装基板面に垂直な方向に入射した光を、この加工面による反射でコンパクトに実装基板面に平行な方向に光路変換し、実装基板面に平行な方向に設けられた光導波路のコアに導くことができる。また、光導波路のもう一方の端部に光ファイバを接続しておくことで、コアを伝播した光を光ファイバから取り出すことが可能になる。斜め45度傾斜面などの傾斜端面は、ダイシングにより容易に形成可能である。 The optical coupling device and the mounting structure thereof according to the third embodiment of the present invention are not different from the first embodiment in other respects, and needless to say, have the same characteristics as the first embodiment. That is, for example, by processing one end of the optical waveguide layer at an angle of 45 degrees, light incident in a direction perpendicular to the mounting substrate surface with respect to this end can be compactly reflected by the processing surface. The optical path can be changed in a direction parallel to the surface of the optical waveguide and guided to the core of the optical waveguide provided in the direction parallel to the mounting substrate surface. Further, by connecting an optical fiber to the other end of the optical waveguide, it is possible to take out the light propagated through the core from the optical fiber. An inclined end face such as an inclined 45 degree inclined face can be easily formed by dicing.
上記の構造に、例えば、貫通孔または凹部と突起との組み合わせなど、着脱可能な位置決め手段を付与することで、実装基板面に垂直な方向に着脱可能で、且つ実装基板面に平行な方向に光を取り出すことが可能な、光コネクタ型の形態を有する光結合装置を実現することができる。 For example, by providing a detachable positioning means such as a combination of a through hole or a recess and a protrusion to the above structure, it can be attached and detached in a direction perpendicular to the mounting substrate surface and in a direction parallel to the mounting substrate surface. An optical coupling device having an optical connector type capable of extracting light can be realized.
本実施の形態は、プリント基板上に実装された面受発光素子に適用でき、実装構造を小型化、高集積化でき、そして光導波路部に光回路の組み込みが可能な、光コネクタ型の形態を有する光結合装置を提供するものである。この光結合装置は、プリント基板面に垂直な方向に着脱できることから、高集積化され、素子が密集して配置された基板上へも容易に着脱を行うことができる。 The present embodiment can be applied to a surface light emitting / receiving element mounted on a printed circuit board, can be downsized and highly integrated in a mounting structure, and can be integrated with an optical circuit in an optical waveguide portion. An optical coupling device having the following is provided. Since this optical coupling device can be attached / detached in a direction perpendicular to the printed circuit board surface, it can be easily attached / detached even to a highly integrated substrate on which elements are densely arranged.
実施の形態4
図5は、本発明の実施の形態4に基づく光結合装置及びその実装構造を示す斜視図である。図5に示す実装構造は、光結合装置40と、光素子30と、光素子30が固定され、光結合装置40を位置固定する実装基板20などで構成されている。
Embodiment 4
FIG. 5 is a perspective view showing an optical coupling device and its mounting structure according to Embodiment 4 of the present invention. The mounting structure shown in FIG. 5 includes an optical coupling device 40, an
実施の形態3との違いは、実施の形態3の光導波路は単一のコア16からなるのに対し、本実施の形態の光導波路は並列に配置された5本のコア16で構成されていることであり、それに対応して実装基板20の上にも5個の面型の光素子30がアレイ状に固定されていることである。しかも、実施の形態2の光導波路と異なり、本実施の形態の光導波路13のコア16は、単一のコア部がコア分岐部17で2本のコア部に分岐する分岐構造を有している。このようにして、5つの光素子から出た信号を各2本の光ファイバ1、全体では10本の光ファイバに送信することが可能な多チャンネル分岐型の光結合装置を形成することができる。
The difference from the third embodiment is that the optical waveguide of the third embodiment is composed of a
この例のように、光導波路層15内に複数のコア16を並列にアレイ状に設けることで、光コネクタ型の形態を有する多チャンネル光結合装置40を容易に実現することができる。光導波路層15でコア16の並びの間隔を微小化することで、光ファイバを並べるよりも細かいピッチで導光路が並んだ多チャンネル光結合装置を実現でき、より高集積化された実装基板上の光素子との結合に適した構造を実現することができる。しかも、光導波路13に分岐構造や合波構造、あるいは更に複雑な機能を有する光回路を組み込むことにより、光ファイバのみで構成されている光結合装置に比べて、より高機能な光結合装置を実現することができる。
By providing a plurality of
本発明の実施の形態4に基づく光結合装置及びその実装構造は、その他の点で実施の形態3と変わりはないから、実施の形態3と同様の特徴を有することは言うまでもない。即ち、例えば光導波路層の一方の端部に斜め45度加工を施すことで、この端部に対し実装基板面に垂直な方向に入射した光を、この加工面による反射でコンパクトに実装基板面に平行な方向に光路変換し、実装基板面に平行な方向に設けられた光導波路のコアに導くことができる。また、光導波路のもう一方の端部に光ファイバを接続しておくことで、コアを伝播した光を光ファイバから取り出すことが可能になる。斜め45度傾斜面などの傾斜端面は、ダイシングにより容易に形成可能である。 The optical coupling device and its mounting structure according to the fourth embodiment of the present invention are the same as those of the third embodiment in other respects, and needless to say, have the same characteristics as those of the third embodiment. That is, for example, by processing one end of the optical waveguide layer at an angle of 45 degrees, light incident in a direction perpendicular to the mounting substrate surface with respect to this end can be compactly reflected by the processing surface. The optical path can be changed in a direction parallel to the surface of the optical waveguide and guided to the core of the optical waveguide provided in the direction parallel to the mounting substrate surface. Further, by connecting an optical fiber to the other end of the optical waveguide, it is possible to take out the light propagated through the core from the optical fiber. An inclined end face such as an inclined 45 degree inclined face can be easily formed by dicing.
上記の構造に、例えば、貫通孔または凹部と突起との組み合わせなど、着脱可能な位置決め手段を付与することで、実装基板面に垂直な方向に着脱可能で、且つ実装基板面に平行な方向に光を取り出すことが可能な、光コネクタ型の形態を有する光結合装置を実現することができる。 For example, by providing a detachable positioning means such as a combination of a through hole or a recess and a protrusion to the above structure, it can be attached and detached in a direction perpendicular to the mounting substrate surface and in a direction parallel to the mounting substrate surface. An optical coupling device having an optical connector type capable of extracting light can be realized.
本実施の形態は、プリント基板上に実装された面受発光素子に適用でき、実装構造を小型化、高集積化でき、そして光導波路部に光回路の組み込みが可能な、光コネクタ型の形態を有する光結合装置を提供するものである。この光結合装置は、プリント基板面に垂直な方向に着脱できることから、高集積化され、素子が密集して配置された基板上へも容易に着脱を行うことができる。 The present embodiment can be applied to a surface light emitting / receiving element mounted on a printed circuit board, can be downsized and highly integrated in a mounting structure, and can be integrated with an optical circuit in an optical waveguide portion. An optical coupling device having the following is provided. Since this optical coupling device can be attached / detached in a direction perpendicular to the printed circuit board surface, it can be easily attached / detached even to a highly integrated substrate on which elements are densely arranged.
実施の形態5
図6は、本発明の実施の形態5に基づく光結合装置及びその実装構造を示す平面図(a)と斜視図(b)とである。図6に示す実装構造は、光結合装置50と、光素子30と、光素子30が固定される実装基板20などで構成されている。
Embodiment 5
FIG. 6 is a plan view (a) and a perspective view (b) showing an optical coupling device and its mounting structure according to Embodiment 5 of the present invention. The mounting structure shown in FIG. 6 includes an
光結合装置50は、光ファイバ1と光導波路51と光導波路55などからなる。光ファイバ1は光ファイバブロック2によって調芯して固定され、光導波路51の第2の端部11において、光導波路51と互いの光路が一致するように光結合され、接着固定されている。光導波路51と光導波路55とは、接続部56において導光路であるコア53が接続されている。
The
光導波路51は、例えばシリコンなどの基板4の上にコア53とクラッド7の接合体からなる光導波路層52が形成され、導光路であるコア53がクラッド7によって被覆されている埋め込み型の光導波路である。
The
光導波路51は、例えば、アクリル系有機溶剤を用いて作製され、コア53とクラッド7との比屈折率差Δnは0.8%である。また、コア53の断面は、例えば、40μm×40μmの正方形である。
The
光導波路55は、光導波路51と同様に構成されているが、基板のない薄膜光導波路である点が光導波路51と異なっている。基板のない光導波路は、例えば、通常の光導波路と同様に光導波路層を基板上に作製した後、光導波路層を基板から剥離させて作製する。
The optical waveguide 55 is configured in the same manner as the
光導波路51と光導波路55とは、別個に作製したものを接合してもよいし、一体として作製した後、2つの部分に加工してもよい。後者の方法としては、例えば、基板上に光導波路層を作製後、基板の一部を剥離して除き、基板が除かれた薄膜光導波路に対し各コア部の間を切断する切りを入れる方法がある。
The
光導波路51と光導波路55とを全体としてみると、光路的には三分岐型の光導波路になっている。つまり、光が図6の左から右へ伝播する場合には、光導波路55の3つのコア部をそれぞれ伝播してきた光が、光導波路51のコア合波部54で合波され、1つの光として光ファイバ1へ送られる。逆に、光が図6の右から左へ伝播する場合には、1つの光として光ファイバ1から入射した光は光導波路51のコア合波部54で分波され、光導波路55の各コア部へ送られる。
When the
光導波路55の3本に分割された光導波路は、基板がない上、細く分割されているので、フレキシブルな形状になっていて、その先端部を任意の方向に配置することができる。3本の光導波路55のそれぞれの第1の端部57には、光導波路層に対して斜め45度に傾斜した傾斜端面58が光反射面として設けられている。第1の端部57には、光導波路55を基板20の上に位置決めする固定ピン59が設けられており、固定ピン59は、実装基板20の側に設けられた孔22と嵌合するように形成されている。
Since the optical waveguide divided into three of the optical waveguide 55 has no substrate and is thinly divided, it has a flexible shape, and its tip can be arranged in an arbitrary direction. The first end portion 57 of each of the three optical waveguides 55 is provided with an inclined end surface 58 inclined at an angle of 45 degrees with respect to the optical waveguide layer as a light reflecting surface. The first end portion 57 is provided with a fixing
実装基板20の上には、面型の光素子30として、例えばVCSELなどの面発光型レーザダイオードなどが固定され、その両側には矩形の孔22が形成されている。この孔22に光導波路55の上に設けられている固定ピン59を挿入することで、光結合装置50が実装基板20の上に位置固定される。この位置固定された状態では、光素子30の発光又は受光部31に対向する位置に傾斜端面58が配置され、光素子30の光軸と光導波路層55の光路とが一致するように位置合わせされる。そして、固定ピン59と孔22との嵌め合わせによって、光結合装置50を着脱可能なコネクタ型の構造を有する光結合装置として機能させることができる。
On the mounting
実装基板20の上に光導波路層55の第1の端部57を位置決めする手段は、一例として固定ピン59と孔22との組み合わせを挙げたが、これに限られるものではなく、より広くは凹凸嵌合に限らず、位置決めできる手段であれば何であってもよい。
The means for positioning the first end portion 57 of the optical waveguide layer 55 on the mounting
図7は、固定ピン59が設けられた光導波路層55の第1の端部57の斜視図(a)と、第1の端部57を実装基板20の上に位置決めして位置固定した状態を示す断面図(b)とである。嵌め合わせの際には、固定ピン59が孔22に挿入されるように、実装基板20の面に平行な方向における第1の端部57の位置を調節しながら、固定ピン59を基板面に直交する方向に押し下げる。この際、ガイド手段などの嵌合を補助する手段を設けてもよい。脱着は、装着の逆の操作を行い、第1の端部57を基板面に直交する方向に引き離す。
FIG. 7 is a perspective view (a) of the first end portion 57 of the optical waveguide layer 55 provided with the fixing
上記のように、光導波路層55の第1の端部57の着脱は、実装基板20の面に垂直な方向に第1の端部57を抜き差しして行うので、実装基板20の上に着脱のためのスペースを必要としない。このため、他の素子を光素子30に近接させて配置することができる。従って、光結合装置50の装着によって実装密度が低下する、あるいは素子が密集して配置されている高集積化実装基板に光結合装置50を装着できないという問題はなく、実装構造の小型化、高密度化を実現することができる。
As described above, the first end portion 57 of the optical waveguide layer 55 is attached / detached by inserting / removing the first end portion 57 in a direction perpendicular to the surface of the mounting
また、光素子30の受光または発光部31と孔22との位置関係を、異なる光素子間で共通化しておけば、光結合装置50は、どの光素子に対しても、固定ピン59と孔22との嵌め合わせによって、光結合を形成することができる。この場合には、光結合装置50は、接続する光素子を必要に応じて変更することができる光コネクタ型の結合形態を有することになる。
In addition, if the positional relationship between the light receiving or light emitting
しかも、この際、光導波路55の3本に分割された光導波路は、フレキシブルな形状になっていて、第1の端部57を任意の方向に配置することができ、実装基板20に固定された光素子30のうちの所望の素子と光結合を形成できることは1つの大きな特徴である。これによって、例えば、実装基板20上で離れた位置にある複数の光素子30を1つの光結合装置50で結合することが可能になるなど、実装基板上の位置に制約されずに所望の光素子30と光結合装置50とを光結合することができる。
In addition, at this time, the optical waveguide divided into three optical waveguides 55 has a flexible shape, and the first end portion 57 can be arranged in an arbitrary direction and is fixed to the mounting
図6に示す実装構造は、発光素子が発する光を外部に出力する発光モジュール、または外部から入力された光を受け取って電気信号などに変換する受光モジュールとして機能する。面型の光素子30が例えばVCSELなどの面型の発光素子30である場合には、3つの発光素子30の発光部31から実装基板20の面に垂直上向きに出射された各光は、それぞれの発光素子30と光結合している光導波路55に下方から入射し、傾斜端面58で反射され、光導波路コア53に導かれ、コア合波部54で1つの光に合波され、光ファイバ1から出射される。例えば、3つの入射光が、R(赤)、G(緑)、B(青)の三原色光である場合には、RGB合波による白色光を出力として得ることができ、マイクロディスプレイの点光源として有用な光源モジュールを提供することができる。また、面型の光素子30がフォトダイオードなどの面型の受光素子である場合には、光ファイバ1を通じて外部から入力された光は、コア合波部54で3つの光に分3つの受光素子30の受光面31に送り込まれる。
The mounting structure illustrated in FIG. 6 functions as a light-emitting module that outputs light emitted from a light-emitting element to the outside or a light-receiving module that receives light input from the outside and converts it into an electrical signal or the like. When the surface-type
以上に説明したように、例えば光導波路層の一方の端部に斜め45度加工を施すことで、この端部に対し実装基板面に垂直な方向に入射した光を、この加工面による反射でコンパクトに実装基板面に平行な方向に光路変換し、実装基板面に平行な方向に設けられた光導波路のコアに導くことができる。また、光導波路のもう一方の端部に光ファイバを接続しておくことで、コアを伝播した光を光ファイバから取り出すことが可能になる。斜め45度傾斜面などの傾斜端面は、ダイシングにより容易に形成可能である。 As described above, for example, by processing one end of the optical waveguide layer at an angle of 45 degrees, the light incident on the end in a direction perpendicular to the mounting substrate surface is reflected by the processed surface. The optical path can be changed in a direction parallel to the mounting substrate surface in a compact manner and guided to the core of the optical waveguide provided in the direction parallel to the mounting substrate surface. Further, by connecting an optical fiber to the other end of the optical waveguide, it is possible to take out the light propagated through the core from the optical fiber. An inclined end face such as an inclined 45 degree inclined face can be easily formed by dicing.
上記の構造に、例えば、固定ピンと孔との組み合わせなど、着脱可能な位置決め手段を付与することで、実装基板面に垂直な方向に着脱可能で、且つ実装基板面に平行な方向に光を取り出すことが可能な、光コネクタ型の形態を有する光結合装置を実現することができる。 For example, by attaching a detachable positioning means such as a combination of a fixing pin and a hole to the above structure, light can be taken out in a direction perpendicular to the mounting substrate surface and parallel to the mounting substrate surface. It is possible to realize an optical coupling device having an optical connector type configuration.
更に、光導波路のうちの第1の端部側の一部分を柔軟性を有する薄膜光導波路とすることで、実装基板に固定された発光又は受光素子のうちの所望の素子と光結合を形成することができる。また、コアが複数のコア部に分岐している場合には、複数の発光又は受光素子と光結合を形成することが可能であり、これによって、例えば、実装基板上で離れた位置にある複数の光素子を1つの光結合装置で結合することが可能になるなど、実装基板上の位置に制約されずに所望の光素子と光結合装置とを光結合することができる。このような機能を利用すれば、従来の光結合装置では考えられなかった新しい作用効果を発揮させることができる。 Furthermore, by forming a part of the first end side of the optical waveguide as a flexible thin film optical waveguide, optical coupling is formed with a desired element among the light emitting or light receiving elements fixed to the mounting substrate. be able to. In addition, when the core is branched into a plurality of core parts, it is possible to form optical coupling with a plurality of light emitting or receiving elements, and thereby, for example, a plurality of parts at positions separated on the mounting substrate. The desired optical element and the optical coupling device can be optically coupled without being restricted by the position on the mounting substrate. By using such a function, it is possible to exhibit new functions and effects that could not be considered in the conventional optical coupling device.
本実施の形態は、プリント基板上に実装された面受発光素子に適用でき、実装構造を小型化、高集積化でき、そして光導波路部に光回路の組み込みが可能な、光コネクタ型の形態を有する光結合装置を提供するものである。この光結合装置は、プリント基板面に垂直な方向に着脱できることから、高集積化され、素子が密集して配置された基板上へも容易に着脱を行うことができる。また、上記したフレキシブルな光導波路55は、必ずしも第2の端部11で光ファイバなどと光結合する構造でなくてもよく、光配線としてFPC(Flexible Printed Circuit)的に用いることもできる。この場合には、第1の端部57の側も上記した構造でなくてもよい。 The present embodiment can be applied to a surface light emitting / receiving element mounted on a printed circuit board, can be downsized and highly integrated in a mounting structure, and can be integrated with an optical circuit in an optical waveguide portion. An optical coupling device having the following is provided. Since this optical coupling device can be attached / detached in a direction perpendicular to the printed circuit board surface, it can be easily attached / detached even to a highly integrated substrate on which elements are densely arranged. Further, the flexible optical waveguide 55 described above does not necessarily have a structure in which the second end portion 11 is optically coupled to an optical fiber or the like, and can be used as an optical wiring in an FPC (Flexible Printed Circuit) manner. In this case, the first end 57 side may not have the above-described structure.
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれらの例に何ら限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であることは言うまでもない。 As mentioned above, although this invention was demonstrated based on embodiment, it cannot be overemphasized that this invention is not limited to these examples at all, and can be suitably changed in the range which does not deviate from the main point of invention.
本発明の光結合装置及びその実装形態は、電子機器間、電子機器内のボード間又はボード内のチップ間など、種々の箇所に適用可能な光配線の、光素子と光ファイバとの入出力インターフェイス部において好適に用いられ、小型で、高機能な光伝送・通信システムを低コストで構築するのに、寄与することができる。また、マイクロディスプレイの点光源として用いることのできる光源モジュールなどにも適用可能である。 The optical coupling device according to the present invention and its mounting form are used for input / output between optical devices and optical fibers of optical wiring applicable to various places such as between electronic devices, between boards in electronic devices or between chips in boards. It is suitably used in the interface unit, and can contribute to constructing a small-sized and high-performance optical transmission / communication system at low cost. The present invention can also be applied to a light source module that can be used as a point light source for a micro display.
1…光ファイバ、2…光ファイバブロック、3…光導波路、4…シリコンなどの基板、5…光導波路層、6…コア、7…クラッド、8…第1の端部、
9…傾斜端面(45度反射面)、10…第2の端部、12…貫通孔、13…光導波路、
15…光導波路層、16…コア、17…コア分岐部、18…強度保持具、
20…実装基板、21…突起、22…孔、30…面型の光素子(受光または発光素子)、
31…発光または受光部、32…他の素子、50…光結合装置、51、55…光導波路、52…光導波路層、53…コア、54…コア合波部、57…接続部、57…第1の端部、
58…傾斜端面、59…固定ピン、100…光コネクタ、101…プラグ、
102…フェルール、103…光ファイバ、104…レシーバ、105…レセプタクル、106…面型の受発光素子、107…FPC基板、108…基板、120…コネクタ、
121…光ファイバ、122、126…ガイドピン、123、127…固定具、
124、128…蓋、125…プラスチックカプセル、141…基板、
142…はんだバンプ、143…VCSEL、144…発光部、145…光導波路、
146…光導波路コア、147…45度傾斜ミラー、148…光コネクタ、
149…スペーサ、150…LSI(大規模集積回路)
DESCRIPTION OF
9 ... Inclined end face (45 degree reflection surface), 10 ... Second end, 12 ... Through-hole, 13 ... Optical waveguide,
DESCRIPTION OF SYMBOLS 15 ... Optical waveguide layer, 16 ... Core, 17 ... Core branch part, 18 ... Strength holder,
20 ... Mounting substrate, 21 ... Protrusion, 22 ... Hole, 30 ... Surface type optical element (light receiving or light emitting element),
DESCRIPTION OF
58 ... Inclined end face, 59 ... Fixed pin, 100 ... Optical connector, 101 ... Plug,
DESCRIPTION OF
121 ... Optical fiber, 122, 126 ... Guide pin, 123, 127 ... Fixing tool,
124, 128 ... lid, 125 ... plastic capsule, 141 ... substrate,
142 ... solder bumps, 143 ... VCSEL, 144 ... light emitting part, 145 ... optical waveguide,
146: Optical waveguide core, 147: 45 degree inclined mirror, 148: Optical connector,
149 ... Spacer, 150 ... LSI (Large Scale Integrated Circuit)
Claims (20)
前記光導波路内又は外へ光を反射させるための傾斜端面が前記光導波路の第1の端部 に形成され、
且つ、前記光導波路の第2の端部において前記光導波路と前記光ファイバとが光結合 され、
実装基板面と交差する方向に光出射又は光入射するように前記実装基板に固定された 発光又は受光素子の発光又は受光部に前記傾斜端面が対向配置される状態で、前記実装 基板に取り付けられるように構成されている
ことを特徴とする、光結合装置。 In an optical coupling device in which an optical waveguide and an optical fiber are optically coupled,
An inclined end surface for reflecting light into or out of the optical waveguide is formed at the first end of the optical waveguide,
And the optical waveguide and the optical fiber are optically coupled at the second end of the optical waveguide,
Attached to the mounting substrate in a state where the inclined end surface is opposed to a light emitting or receiving portion of a light emitting or receiving element fixed to the mounting substrate so that light is emitted or incident in a direction intersecting the mounting substrate surface. It is comprised so that the optical coupling device characterized by the above-mentioned.
前記光結合装置においては、
光導波路と光ファイバとが光結合してなり、
前記光導波路内又は外へ光を反射させるための傾斜端面が前記光導波路の第1の端部 に形成され、
且つ、前記光導波路の第2の端部において前記光導波路と前記光ファイバとが光結合 され、
実装基板面と交差する方向に光出射又は光入射するように前記実装基板に固定された 発光又は受光素子の発光又は受光部に前記傾斜端面が対向配置される状態で、前記実装 基板に取り付けられている、
光結合装置の実装構造。 An optical coupling device, a light emitting or light receiving element, and a mounting substrate on which the optical element is fixed;
In the optical coupling device,
An optical waveguide and an optical fiber are optically coupled,
An inclined end surface for reflecting light into or out of the optical waveguide is formed at the first end of the optical waveguide,
And the optical waveguide and the optical fiber are optically coupled at the second end of the optical waveguide,
Attached to the mounting substrate in a state where the inclined end surface is opposed to a light emitting or light receiving portion of a light emitting or receiving element fixed to the mounting substrate so that light is emitted or incident in a direction intersecting the mounting substrate surface. ing,
Mounting structure of optical coupling device.
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Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2007088959A1 (en) * | 2006-02-02 | 2007-08-09 | Nec Corporation | Optical module |
JP2009086227A (en) * | 2007-09-28 | 2009-04-23 | Molex Inc | Hybrid connector |
JP2009086258A (en) * | 2007-09-28 | 2009-04-23 | Molex Inc | Plug |
JP2009086256A (en) * | 2007-09-28 | 2009-04-23 | Molex Inc | Hybrid connector |
JP2010010254A (en) * | 2008-06-25 | 2010-01-14 | Hitachi Cable Ltd | Electronic apparatus, and photoelectric converting module |
WO2010108399A1 (en) * | 2009-03-26 | 2010-09-30 | 武汉电信器件有限公司 | Laterally coupled optical fiber component and processing method thereof |
CN103383483A (en) * | 2013-07-19 | 2013-11-06 | 武汉博昇光电技术有限公司 | Parallel optical emission assembly based on 45-degree fiber array and manufacturing method thereof |
CN105116499A (en) * | 2015-08-26 | 2015-12-02 | 中国科学院微电子研究所 | Parallel optical module based on multimode planar optical waveguide coupling |
JPWO2021001890A1 (en) * | 2019-07-01 | 2021-01-07 |
-
2004
- 2004-06-24 JP JP2004185828A patent/JP2006010891A/en active Pending
Cited By (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2007088959A1 (en) * | 2006-02-02 | 2007-08-09 | Nec Corporation | Optical module |
JP2009086227A (en) * | 2007-09-28 | 2009-04-23 | Molex Inc | Hybrid connector |
JP2009086258A (en) * | 2007-09-28 | 2009-04-23 | Molex Inc | Plug |
JP2009086256A (en) * | 2007-09-28 | 2009-04-23 | Molex Inc | Hybrid connector |
JP2010010254A (en) * | 2008-06-25 | 2010-01-14 | Hitachi Cable Ltd | Electronic apparatus, and photoelectric converting module |
US8827572B2 (en) | 2009-03-26 | 2014-09-09 | Wuhan Telecommunication Devices Co., Ltd. | Side coupling optical fiber assembly and fabrication method thereof |
WO2010108399A1 (en) * | 2009-03-26 | 2010-09-30 | 武汉电信器件有限公司 | Laterally coupled optical fiber component and processing method thereof |
CN103383483A (en) * | 2013-07-19 | 2013-11-06 | 武汉博昇光电技术有限公司 | Parallel optical emission assembly based on 45-degree fiber array and manufacturing method thereof |
CN105116499A (en) * | 2015-08-26 | 2015-12-02 | 中国科学院微电子研究所 | Parallel optical module based on multimode planar optical waveguide coupling |
JPWO2021001890A1 (en) * | 2019-07-01 | 2021-01-07 | ||
WO2021001890A1 (en) * | 2019-07-01 | 2021-01-07 | 日本電信電話株式会社 | Optical module |
JP2023052818A (en) * | 2019-07-01 | 2023-04-12 | 日本電信電話株式会社 | optical module |
JP7473852B2 (en) | 2019-07-01 | 2024-04-24 | 日本電信電話株式会社 | Optical Modules |
US12055765B2 (en) | 2019-07-01 | 2024-08-06 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Optical module |
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