JP2006108547A - 光モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】 光モジュールの大型化を伴うことなく、レーザ素子からの光が反射体から漏れるのを効果的に回避することのできる光モジュールを提供する。
【解決手段】 複数の半導体層が積層されて光を出射するレーザ素子１１と、このレーザ素子１１から出射された光Ｌの光軸に対して傾斜した反射面１２ａを有する反射体１２とを備え、前記レーザ素子１１の半導体層の積層面を含む面が、前記反射体１２の反射面１２ａと交差する光モジュール。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光モジュールに関し、特に、レーザ素子及び反射体を有する空間結合系光部品において、光部品の結合効率を向上させたものである。

光部品として、レーザ素子と、このレーザ素子から出射された光を反射する反射面を有する反射体（誘電体多層膜、ミラーなど）とを備えた光モジュールが光通信システムなどで用いられている。

このような光モジュールにおいては、レーザ素子として例えばレーザダイオード（以下、「ＬＤ」という。）チップが基板に実装されるとともに、ＬＤチップから出射されたレーザ光の光路上に反射体が設けられている。

ＬＤチップの基板への実装は、ＬＤが、複数の半導体層が積層されて、端面からレーザ光を出射するものである場合、その積層された半導体層の積層面が、実装される基板の表面と平行になるように実装されるとともに、反射体は反射面が基板の表面に対して斜めになるように設けられる。これを図面を用いて説明する。図５は、従来の実装におけるＬＤチップ１０１及び反射体１０２との配置関係を模式的に示す図である。同図において、ＬＤチップ１０１の積層面は、ＬＤチップ１０１が実装される基板（図示せず）の表面と平行な向きになっており、ＬＤチップの端面から出射される光の光路上に反射体１０２が配置されている。この反射体１０２は、反射面がＬＤチップの端面から出射される光の光軸に対して所定の角度で傾斜する配置になっている。かかる配置により、ＬＤチップから出射された光を反射面で反射するようにしている。

このような半導体チップと反射体との配置については、特許文献１に開示の双方向光送受信配置においても同様である。すなわち、図６に、この特許文献１に開示の双方向光送受信配置を模式的に示すように、基板１１５に取り付けられた光送信機１１１から放射される第１の波長の光線が，平坦なレンズ面１１２と凸状のレンズ面１１３とを有する光伝達手段の当該平坦なレンズ面で反射するような配置になっており、そして、光送信機１１１から出射される光の光軸に対して、平坦なレンズ面１１２が所定の角度で傾斜する配置になっている。なお、図６中、符号１１４は第２の波長の光を受信する光受信機である。
米国特許第５４１６６２４号明細書

一般に、ＬＤチップの端面から出射される光は、半導体層の積層方向（積層面と垂直な方向）と、それに直交する方向（積層面と平行な方向）とでは、出射光の広がる角度（広がり角）が異なる。広がり角は、チップにより多少異なるが、積層方向で３０〜６０度であり、積層方向と直交する方向では１０〜２０度程度である。そして、特許文献１など従来のＬＤチップの実装では、この出射光のうち広がりが大きい方向に対して、反射体の反射面が傾斜するように配置される構造となっていた。

このことを図７を用いて説明する。図７（ａ）、（ｂ）は、従来の実装配置におけるＬＤチップから出射される光と反射体との関係を模式的に示す図であり、同図（ａ）が正面図、（ｂ）がその平面図である。この図７（ａ）の正面図において、ＬＤチップ１０１の半導体層は紙面上下方向に積層されており、このＬＤチップ１０１から出射される光Ｌの光軸に対して、反射体１０２が傾斜した反射面を有している。そして、紙面上下方向になる積層方向での光の広がり角が、同図（ｂ）の平面図で示されるところの積層方向と直交する方向での光の広がり角よりも大きい。

このような実装構造になるのは、従来、ＬＤチップを基板に実装するときには、チップの積層方向が基板表面に対して垂直な向きになるように実装されるのが通常とされ、また、反射体を基板に取り付けるときは、図７（ａ）に示したように正面からみて反射体がＬＤチップの光軸から傾くように取り付けられるのが簡便であったためである。

しかしながら、上述した従来の実装配置では、ＬＤチップの位置やＬＤチップからの光の広がり角やＬＤチップと反射体との距離や反射体の大きさ等によっては、ＬＤチップから出射される光が反射体の反射面から逸脱する場合が考えられ、光の結合が十分に得られないおそれがあった。

また、特許文献１に記載された双方向光送受信配置でも同様の問題があった。

このような出射光が反射体の反射面から逸脱し、漏れる問題は、反射体のサイズを大きくすれば解決することができる。しかし、出射光の漏れを反射体のサイズを大きくすることで補おうとすると、ＬＤから反射体までの距離を離さざるを得ない場合には、距離が離れるほど大きな反射体が必要になるため、光部品全体が大型化するという別の問題があった。一般に、光モジュールには小型化が求められているところであり、光部品の大型化は避けることが望まれる。

本発明は、上記の問題を有利に解決するものであり、光モジュールの大型化を伴うことなく、レーザ素子からの光が反射体から漏れるのを効果的に回避して、光結合の効率を向上させることのできる光モジュールを提供することを目的とする。

本発明は、複数の半導体層が積層されて光を出射するレーザ素子と、このレーザ素子から出射された光の光軸に対して傾斜した反射面を有する反射体とを備え、前記レーザ素子の半導体層の積層面を含む面が、前記反射体の反射面と交差することを特徴とする光モジュールである。

また、本発明の光モジュールは、前記レーザ素子の積層面が基板表面と平行に前記レーザ素子が基板に取り付けられているとともに、この基板表面に形成された溝に前記反射体が嵌め合わされて前記反射体が基板表面に対し垂直に取り付けられている態様とすることができる。

また、本発明の光モジュールは、前記レーザ素子の積層面が基板表面と垂直に前記レーザ素子が基板に取り付けられているとともに、この基板表面に対し傾斜した面に沿って前記反射体が取り付けられている態様とすることもできる。

本発明の光モジュールは、レーザ素子の半導体層の積層面を含む面が、前記反射体の反射面と交差する。換言すれば、レーザ素子からの出射光の広がり角が小さい方向に対して反射体の反射面が斜めになるような実装構造をとる。このことにより、反射体からの光が漏れるおそれを効果的に防ぎ、その結果、結合効率を向上させることができる。

また、反射体について、基板からの高さを最小限に抑えることができるサイズとすることができるので、光部品全体の小型化が可能である。

図１は、本発明に従う光モジュールの実装配置を模式的に示す図である。図１（ａ）は正面図、同図（ｂ）は平面図である。図１（ａ）、（ｂ）に示すように、本発明に従う光モジュールにおいては、ＬＤチップ１１の実装方向を、ＬＤチップ１１の積層面を含む面（積層面そのものはＬＤチップ１１の内部にあるため図１（ａ）、（ｂ）には現れないが、積層面と平行な面がＬＤチップ１１の表面１１ａとして現れている）に対し、反射体１２の反射面１２ａにつき出射光Ｌの光軸から傾斜する方向が平行となるように設置する。つまり、図１（ａ）に示すように、正面からみて、ＬＤチップ１１からの出射光Ｌのうち広がり角が小さい方向である、積層面と平行な方向に対し、反射体１２の反射面１２ａが傾斜するように配置し、かつ、図１（ｂ）に示すように、ＬＤチップ１１からの出射光Ｌのうち広がり角が大きい方向である、積層面の積層方向に対し、反射面の傾斜方向が直交するようにする。このような本発明に従う実装構造は、図７で示した従来の実装構造と対比すると、反射体１２の反射面１２ａに対して、ＬＤチップ１１が光軸を中心に９０度回転した配置になっている。

かかる本発明に従う実装構造とすることにより、図７で示した従来の実装構造に比べ、同じサイズの反射体を用いた場合にも光の漏れを抑え、光結合効率を向上させることができる。また、反射体のサイズについても最小限に抑えることができるので、光部品の小型化が可能である。

図２は、本発明の光モジュールの第１の実施例を示す模式図である。図２において、ＬＤチップ１１及び反射体１２は、同一の基板２１に取り付けられている。この基板２１には、反射体１２を取り付けるために溝２２が形成されており、この溝２２に反射体１２の端面を嵌め合わせることで、基板２１の反射体取付面２３に対して垂直に反射体１２を立設させるようになっている。また、基板２１のＬＤチップ１１が取り付けられるＬＤチップ取付面２４と反射体取付面２３との間には段差が形成されていて、ＬＤチップ取付面２４が反射体取付面２３よりも高い位置に配置され、かつＬＤチップ取付面２４の端部にＬＤチップ１１が取り付けられることにより、ＬＤチップ１１から出射されるレーザ光の光軸が、反射体１２の高さ方向の中央部近傍に到達するようになっている。そして、ＬＤチップ１１は、積層面がＬＤチップ取付面２４と平行になる向きでＬＤチップ取付面２４に取り付けられている。一方、反射体１２は、反射体取付面２３に形成された溝２２により、反射体１２の反射面１２ａが、ＬＤチップ１１の積層面に対して所定の角度で傾斜するように取り付けられている。

かかる実装構造により、ＬＤチップ１１の積層面を含む面が、反射体１２の反射面１２ａと交差し、かつ反射体１２の傾斜方向と平行に配置されていることから、ＬＤチップ１１からの出射光のうち広がり角が小さい方向に対して反射体１２が斜めになるような構成になり、よって反射体からの光が漏れるおそれを効果的に防ぎ、その結果、結合効率を向上させることができる。

また、図２に示した実施例では、反射体１２が基板２１に設けられた溝２２へ装入することにより位置固定されるため、反射体１２の取り付けが容易であるとともに、高い取り付け精度を得ることができる。

次に、図３を用いて本発明の第２の実施例を説明する。図３は、本発明の光モジュールの第２の実施例を示す模式図である。図３において、ＬＤチップ１１及び反射体１２は、同一の基板３１に取り付けられている。この基板３１は、ＬＤチップ１１を取り付けるＬＤチップ取付部３２が、反射体取付面３３から立設されており、この反射体取付面３３と垂直になるＬＤチップ取付部３２の側面３４にＬＤチップ１１が取り付けられている。ＬＤチップ１１の積層面は側面３４と平行の関係にあり、そして反射体取付面３３とは直交する関係にある。一方、反射体１２は、反射体取付面３３に対して所定の角度を有する傾斜面３５に、反射面１２ａとは反対の面を沿わせた状態で取り付け固定されている。

かかる実装構造により、ＬＤチップ１１の積層面を含む面が、反射体１２の反射面１２ａと交差し、かつ反射体１２の傾斜方向と平行に配置されていることから、ＬＤチップ１１からの出射光の広がり角が小さい方向に対して反射体１２が斜めになるような構成になり、よって反射体からの光が漏れるおそれを効果的に防ぎ、その結果、結合効率を向上させることができる。

また、図３に示した実施例では、反射体１２が基板３１の傾斜面３５に沿わせることにより位置固定されるため、反射体１２の取り付けが容易であるとともに、高い取り付け精度を得ることができる。

次に、図４を用いて本発明の第３の実施例を説明する。図４は、本発明の光モジュールの第３の実施例を示す模式図である。図４に示される双方向光送受信配置においては、基板４５に取り付けられた光送信機４１から放射される第１の波長の光線が，平坦なレンズ面４２と凸状のレンズ面４３とを有する光伝達手段の当該平坦なレンズ面で反射するような配置になっており、そして、光送信機４１から出射される光の光軸に対して平坦なレンズ面４２が所定の角度で傾斜する配置になっている。なお、図６中、符号４４は第２の波長の光を受信する光受信機である。図４に示した本実施例では、図６に示した従来の双方向光送受信配置と対比すると、光送信機４１が備えるＬＤチップを取り付ける基板４５のＬＤチップ取付面４５ａが、平坦なレンズ面４２に対して９０度回転した配置になる。したがって、ＬＤチップからの出射光の広がり角が小さい方向に対して平坦なレンズ面４２が斜めになるような構成になり、よって平坦なレンズ面からの光が漏れるおそれを効果的に防ぎ、その結果、結合効率を向上させることができる。

本発明に従う光モジュールの実装配置を模式的に示す図である。 本発明の光モジュールの第１の実施例を示す模式図である。 本発明の光モジュールの第２の実施例を示す模式図である。 本発明の光モジュールの第３の実施例を示す模式図である。 従来の実装におけるＬＤチップ１０１及び反射体１０２との配置関係を模式的に示す図である。 特許文献１に開示の双方向光送受信配置を模式的に示す図である。 従来の実装配置におけるＬＤチップから出射される光と反射体との関係を模式的に示す図でありである。

符号の説明

１１ ＬＤチップ
１２ 反射体
２１ 基板
２２ 溝
３５ 傾斜面

Claims (3)

1. 複数の半導体層が積層されて光を出射するレーザ素子と、このレーザ素子から出射された光の光軸に対して傾斜した反射面を有する反射体とを備え、
   前記レーザ素子の半導体層の積層面を含む面が、前記反射体の反射面と交差することを特徴とする光モジュール。
2. 前記レーザ素子の積層面が基板表面と平行に前記レーザ素子が基板に取り付けられているとともに、この基板表面に形成された溝に前記反射体が嵌め合わされて前記反射体が基板表面に対し垂直に取り付けられていることを特徴とする請求項１記載の光モジュール。
3. 前記レーザ素子の積層面が基板表面と垂直に前記レーザ素子が基板に取り付けられているとともに、この基板表面に対し傾斜した面に沿って前記反射体が取り付けられていることを特徴とする請求項１記載の光モジュール。
   
   

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