JP2006084889A - 光接続装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 光ファイバ又は光導波路と光学素子とを結合させる光軸調整を容易にして、製造時の歩留まりや生産性を向上させる。
【解決手段】 基板２２に設けた光ファイバ２４（又は光導波路）を伝搬する光と前記基板２２の表面から離間した位置に配置された光学素子２８とを光結合する光接続装置２１である。光ファイバ２４（又は光導波路）の先端側に、基板の一部としてミラー２６を形成し、光ファイバ２４の先端とミラー２６との間にボールレンズ２７を配置する。ボールレンズ２７を通りミラー２６で反射した光の集光位置に光学素子２８を配置する。基板２２側の光学系だけで光学素子２８への集光位置を確定することができ、光ファイバ又は光導波路と光学素子とを結合させる光軸調整が容易になる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、光ファイバ又は光導波路を伝搬する光と光学素子とを光結合する光接続装置に関する。

光線路と電子回路とを結合させる手段の１つとして、基板に設けた光ファイバ又は光導波路を伝搬する光と前記基板の表面から離間した位置に配置された光学素子とを光結合する光接続装置が用いられている。この種の従来の光接続装置では、光ファイバ又は光導波路を伝搬する光をミラーあるいはプリズム（マイクロプリズム）で直角方向に反射させ、その直角方向に配置した光学素子（受光素子）にマイクロレンズで集光する構成のものが一般に採用されている。光学素子が発光素子である場合は、光の向きが逆方向となる。

例えば、図１１に示した光接続装置９（特開２００４−８５９１３号参照）のように、面発光レーザアレイ１等の出力光を基板（光・電子混載基板）２ａに向けて基板面と直角に出射させ、マイクロレンズアレイ３を経由させて集光しかつマイクロプリズム４のミラー面で直角に反射させて、基板面と平行な光導波路アレイ５ａと光結合させる構成のものがある。面発光レーザアレイ１はスペーサ６上に固定して設ける。７はマイクロレンズアレイ基板である。なお、図示のものは、光導波路アレイ５ａの延長線上にマイクロプリズム４を挟んで対向する光導波路アレイ５ｂを持つもう１つの基板（光・電子混載基板）２ｂを備えた構成である。

上記のマイクロレンズアレイ３と面発光レーザアレイ１との一体化は、面発光レーザアレイ１を動作させた状態で両者の光軸が一致するように集光スポットを観察しつつ調心し、マイクロレンズ基板７とスペーサ６とを貼り合わせ固定することにより行う。
また、光導波路アレイ５ａと面発光レーザアレイ１、スペーサ６、マイクロレンズアレイ３からなる光源ユニット８との調心は、面発光レーザアレイ１を動作させた状態で、光源ユニットのマイクロレンズ基板７を光・電子混載基板２ａの基板面に沿って移動させ、光導波路アレイ５ａ
の他端からの出射光強度が最大になる位置で、マイクロレンズ基板７を光・電子混載基板２ａに接着剤で固定することにより行う。

また、図１２に示した光接続装置（特開２０００−２９２６５８号参照）１６のように、光ファイバ布線シートの各光ファイバ１０の先端に透明樹脂製の光コネクタ１１を取り付け、この光コネクタ１１の端面を斜め研磨してその斜め研磨面を反射面１１ａとし、コネクタ下面の光入出力面１１ｂに、各光ファイバ１０に対応させてマイクロレンズ１２を配列し、このマイクロレンズ１２による集光位置に光学素子１３を配置した構成のものがある。１４はパッケージ、１５はモジュール基板である。
特開２００４−８５９１３号 特開２０００−２９２６５８号

図１１の光接続装置９の製造に際して、所望の性能を得るためには、面発光レーザアレイ１の光軸とマイクロレンズアレイ３の光軸との高精度の調心が必要であるが、このマイクロレンズ３はその径が１００〜２００μｍ程度と微小なものであり、面発光レーザアレイ１から出射した光の集光スポットを観察しつつ両者の光軸が一致するように調心する工程は、きわめて繁雑かつ困難な作業である。
また、光導波路アレイ５ａの光軸と面発光レーザアレイ１及びマイクロレンズアレイ３を持つ光源ユニット８の光軸とを調心する工程も、同様にきわめて繁雑かつ困難な作業である。

また、図１２の光接続装置１６の製造に際しても、光ファイバ１０とマイクロレンズ１２との高精度の調心は、やはり繁雑かつ困難な作業である。

上記のように従来の光接続装置９、１６はいずれも、ミラーや基板等とは別体の微小なマイクロレンズ３、１２を付設する工程が必要となり、その工程は高精度の位置決めを必要とする困難な作業であり、歩留まりや生産性が低いという問題がある。

本発明は上記従来の欠点を解消するためになされたもので、従来の光接続装置において必須であった光ファイバ又は光導波路の光軸とマイクロレンズの光軸との調心作業を不要にして、光接続装置の製造に際して歩留まりや生産性を向上させ、また、構造の簡略化が図られてコスト低減を実現できる光接続装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明は、基板に設けた光ファイバ又は光導波路を伝搬する光と前記基板の表面から離間した位置に配置された光学素子とを光結合する光接続装置において、
前記光学素子をその光軸が前記光ファイバ又は光導波路の光軸と交差するような位置に配置し、両光軸の交点位置で基板に形成した斜面に、一方の光軸からの光を他方の光軸方向に反射させるミラーを形成し、前記光ファイバ又は光導波路の先端とミラーとの間にマイクロレンズを配置したことを特徴とする。

請求項２は、請求項１記載の光接続装置において、マイクロレンズがボールレンズであることを特徴とする。
請求項３は、請求項１記載の光接続装置において、マイクロレンズがロッドレンズであることを特徴とする。

請求項４は、請求項１記載の光接続装置において、光ファイバが、基板に形成した調心溝に収容固定されていることを特徴とする。

本発明によれば、光ファイバ又は光導波路の先端と基板に形成したミラーとの間にマイクロレンズを配置するので、基板側だけで光学素子への集光位置を確定することができる。
これにより、光ファイバ又は光導波路と光学素子とを結合させる光軸調整が容易になり、光接続装置の製造の歩留まりや生産性を向上させることができる。
また、マイクロレンズとして球体であるボールレンズを用いた場合は、ボールレンズ光軸の向きを考慮する必要がない点で光軸調整は容易である。

以下、本発明を実施した光接続装置について、図面を参照して説明する。

図１は本発明の一実施例の光接続装置２１の断面図（図２のＡ−Ａ断面図）、図２は図１の光接続装置２１の一部切欠き平面図（但し接着剤は不図示）、図３（イ）は図１のＢ−Ｂ断面図、図３（ロ）は同Ｃ−Ｃ断面図、図４は図１の光接続装置２１の基板側部分についての要部の斜視図である。これらの図において、２２は樹脂製の基板である。この基板２２に例えばＶ溝による複数の調心溝２３が互いに平行に形成され、各調心溝２３に光ファイバ２４が収容され接着剤で固定されている。光ファイバ２４は、例えば、単心光ファイバの裸ファイバ、あるいは光ファイバテープ心線から分離させた個別の光ファイバ（裸ファイバ）、あるいは光ファイバシートから延出させた個別の光ファイバ（裸ファイバ）等である。
また、基板２２の前記調心溝２３の先端側に光ファイバ並び方向をなす凹所２５が形成され、この凹所２５の壁面として４５°の傾斜の斜面が形成され、この斜面に反射膜を形成してミラー２６を形成している。そして、光ファイバ２４の先端面とミラー２６との間にボールレンズ２７が配置されている。

前記ミラー２６の上方に光学素子２８が配置されている。光学素子２８は、面発光レーザ等の発光素子又はフォトダイオード等の受光素子であり、基板２２に固定されたマウント２９に設けられている。光学素子２８は、光ファイバ２４から出た光がミラー２６で上向きに直角に反射した方向であり、かつ、ボールレンズの焦点位置に位置している。
基板２２は簡略化して示したが、実際には印刷配線が形成され、電子部品を搭載している。すなわち、装置全体としては、光ファイバ、光学素子等の光回路を構成する要素と、発光素子を電気信号で変調・駆動しあるいは受光素子の出力電気信号を処理する等の電子回路とを同一基板上に搭載した光・電子混載基板を構成する。

上記の光接続装置２１において、光学素子２８がフォトダイオード等の受光素子の場合、光ファイバ２４を伝搬した光は、ボールレンズ２７で集光されつつミラー２６で基板面と直角方向に反射して、光学素子（受光素子）２８に光スポットを照射する。光学素子（受光素子）２８の受光信号はマウント２９に形成された配線を経て本体の基板２２上の図示せぬ電子回路で処理される。
光学素子２８が面発光レーザ等の発光素子の場合、光学素子（発光素子）２８から出射された光は前記と逆の経路で光ファイバ２４に入力し、光ファイバ２４を伝搬される。

上記の光接続装置２１において、光ファイバ２４の先端と基板２２に形成したミラー２６との間にボールレンズ２７を配置するので、基板２２側だけで光学素子２８への集光位置を確定することができる。
また、球体であるボールレンズ２７の光軸合わせにはボールレンズ光軸の向きを考慮する必要がない点で光軸調整は容易である。
これらにより、光ファイバ２４と光学素子２８とを結合させる光軸調整が容易になり、光接続装置の製造の歩留まりや生産性を向上させることができる。
ただし、ボールレンズ２７で集光されつつミラー２６で反射した焦点位置に光学素子２８を位置させるという、光学素子２８の位置決めは必要である。この場合、光ファイバ２４からの出力光を受光する光学素子（受光素子）２８の出力を監視しながら、光学素子２８を搭載したマウント２９を移動させ、出力が最大になる位置でマウント２９を基板２２に固定する。

上記の実施例では基板２２の上面に調心溝２３を形成してこの調心溝２３に光ファイバ２４を収容固定したが、調心溝に代えて基板２２に光ファイバ穴をあけ、この光ファイバ穴に光ファイバ２４を挿通固定する構造とすることもできる。
また、図示は省略するが。光学素子２８を平板状の光学素子基板に搭載して、この光学素子基板を本体の基板２２に直接貼り合わせることも可能である。

図５〜図７に示した実施例の光接続装置３１は光導波路構造を採用した場合のもので、図５は光接続装置３１の断面図（図６のＤ−Ｄ断面図）、図６は図５の光接続装置３１の一部切欠き平面図、図７（イ）は図５のＥ−Ｅ断面図、図７（ロ）は同Ｆ−Ｆ断面図である。
この光接続装置３１では、例えばシリコン等の樹脂製の基板３２に埋め込み型の平面光導波路３４を複数形成している。その他の点、すなわち、凹所３５、ミラー３６、ボールレンズ３７、光学素子３８、マウント３９等は図１〜図４の実施例と同様であり、再度の説明は省略する。

上述の各実施例では、光学素子を光ファイバ又は光導波路を持つ基板２２、３２上に設けたが、図８に示した光接続装置６１のように、例えば光ファイバ６４を挿通固定しその先端側の凹所６５の斜面にミラー６６を形成し、光ファイバ６４の先端とミラー６６との間にボールレンズ６７を配置した基板６２を、別体のパッケージ（ないし枠体）７０に取り付け、パッケージ７０側に設けた回路基板６９上に光学素子６８を設ける構成とすることもできる。

上記実施例では、マイクロレンズとしてボールレンズ２７を用いたが、図９、図１０に示した光接続装置７１のようにロッドレンズ７７、すなわち、ＧＩファイバと同様に屈折率を半径方向に変化させた屈折率分布レンズを用いることができる。ロッドレンズ７７以外は図１、図２の光接続装置２１と同様なので、同じ符号を付して詳細説明は省略する。

実施例では、光軸変換の空間となる凹所２５、３５、６５を単なる空間としたが、この凹所２５、３５、６５に透明接着剤を充填してもよい。
また、凹所２５、３５、６５内に塵埃が入らないように、凹所２５、３５、６５にガラス板などで蓋をすることもできる。
また、光ファイバを収容する調心溝に蓋をすることもできる。

本発明の一実施例の光接続装置の断面図（図２のＡ−Ａ断面図）である。 図１の光接続装置の一部切欠き平面図（但し接着剤は不図示）である。 （イ）は図１のＢ−Ｂ断面図、（ロ）は同Ｃ−Ｃ断面図である。 図１の光接続装置の基板側部分についての要部の斜視図である。 本発明の他の実施例の光接続装置の断面図（図６のＤ−Ｄ断面図）である。 図５の光接続装置の一部切欠き平面図である。 （イ）は図５のＥ−Ｅ断面図、（ロ）は同Ｆ−Ｆ断面図である。 本発明のさらに他の実施例の光接続装置を示す図である。 本発明のさらに他の実施例の光接続装置の断面図（図１０のＧ−Ｇ断面図）である。 図９の光接続装置の一部切欠き平面図（但し接着剤は不図示）である。 従来の光接続装置の断面図である。 他の従来の光接続装置を示す図である。

符号の説明

２１、３１、６１、７１ 光接続装置
２２、３２、６２ 基板
２３ 調心溝
２４、６４ 光ファイバ
３４ 光導波路
２５、３５、６５ 凹所
２６、３６、６６ ミラー
２７、３７、６７ ボールレンズ（マイクロレンズ）
２８、３８、６８ 光学素子
２９、３９ マウント
６９ 回路基板
７７ ロッドレンズ（マイクロレンズ）

Claims (4)

1. 基板に設けた光ファイバ又は光導波路を伝搬する光と前記基板の表面から離間した位置に配置された光学素子とを光結合する光接続装置において、
   前記光学素子をその光軸が前記光ファイバ又は光導波路の光軸と交差するような位置に配置し、両光軸の交点位置で基板に形成した斜面に、一方の光軸からの光を他方の光軸方向に反射させるミラーを形成し、前記光ファイバ又は光導波路の先端とミラーとの間にマイクロレンズを配置したことを特徴とする光接続装置。
2. 前記マイクロレンズがボールレンズであることを特徴とする請求項１記載の光接続装置。
3. 前記マイクロレンズがロッドレンズであることを特徴とする請求項１記載の光接続装置。
4. 前記光ファイバは、基板に形成した調心溝に収容固定されていることを特徴とする請求項１記載の光接続装置。
   

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