JP2006133666A

JP2006133666A - 光伝送モジュール及びその製造方法

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Publication number: JP2006133666A
Application number: JP2004325087A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Ono; 位小野
Original assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Current assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Priority date: 2004-11-09
Filing date: 2004-11-09
Publication date: 2006-05-25
Also published as: US7296934B2; CN100514100C; US20060098920A1; CN1773317A

Abstract

【課題】光回路が形成された光学素子と、光学素子に光ファイバを結合する光結合手段とを有する光伝送モジュール及びその製造方法に関し、ファイバアレイと光学素子との結合を最小限の光の損失で強化できる光伝送モジュール及びその製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明は、光回路（３３）が形成された光学素子（３０）と、光学素子（３０）に光ファイバ（１１、１２、１３）を結合する光結合手段（２１、２２）とを有する光伝送モジュールであって、光学素子（３０）と光結合手段（２１、２２）との結合部分の周囲の一部又は全部に充填されて、硬化され、光学素子（３０）と光結合手段（２１、２２）との結合を補強する補強手段（１１１、１１２、２１１、２１２、２２１、２２２、３１１、３１２、３２１、３２２）を有することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は光伝送モジュール及びその製造方法に係り、特に、光回路が形成された光学素子と、光学素子に光ファイバを結合する光結合手段とを有する光伝送モジュール及びその製造方法に関する。

近年、光通信は急速に進歩しており、その通信速度の高速化及び伝送容量の大容量が図られている。これに対応しうる光通信方法として、多くの波長の光を用いて多重化を行なう波長多重通信（ＷＤＭ）が多用されるようになってきている。この波長多重通信では、波長間隔が１nm以下の光を合分波する必要があり、よってＷＤＭに用いられる光部品においても、これに対応すべく高精度化する必要がある。

周知のように、光通信においては光ファイバからなる伝送路内に各種光学素子が挿入されている（特許文献１参照）。この光学素子としては、大量生産が可能で高集積化を図り得る導波路部品が注目されており、その中でも平面光波回路（ＰＬＣ）は光伝送損失が低く光ファイバとの低損失な接続が可能であること、また、多くの光機能を集積できることから期待されている。

従って、高速かつ大容量の光通信を行なうには、ＰＬＣが形成されたＰＬＣ基板と光ファイバとを光学的に接続する必要がある。このＰＬＣ基板と光ファイバとの接続は、ファイバアレイを用いて行なわれており、ファイバアレイとＰＬＣ基板装着との間は、光路形成樹脂により接続されている。

従来、平面光波回路（ＰＬＣ）が形成された光学素子は、石英やパイレックス（登録商標）などにより構成されていたが、近年、小型、軽量化、及び、製造の容易さなどからシリコン基板上に屈折率の異なるポリマ樹脂を積層することによりコア及びクラッドを形成することにより平面光波回路（ＰＬＣ）が形成された光学素子が開発されている。

図８は従来の一例の斜視図、図９は従来の一例の構成図を示す。

光伝送モジュール１０は、光学素子３０と、光学素子３０に光ファイバ１１、１２、１３を結合するファイバアレイ２１、２２とを有する構成とされている。

ファイバアレイ２１には、光ファイバ１１が保持されており、光ファイバ１１の一端面が矢印Ｘ２方向の端面から露出している。ファイバアレイ２２には、光ファイバ１２、１３が保持されており、光ファイバ１２、１３の一端面がファイバアレイ２２の矢印Ｘ１方向の端面から露出している。なお、ファイバアレイ２１、２２は、例えば、石英やガラス材から構成されている。ファイバアレイ２１の矢印Ｘ２方向の端面には、光ファイバ１１の端面と光学素子３０に形成された光路の端面とが一致するように、光学素子３０が光路形成材４１により接着されている。また、ファイバアレイ２２の矢印Ｘ１方向の端面には、光ファイバ１２、１３の端面と光学素子３０に形成された光路の端面とが一致するように、光学素子３０が光路形成材４２により接着されている。

次に光学素子３０について説明する。

図１０は光素子３０の斜視図を示す。

光学素子３０は、入力された光を分波させて複数の出力導波路から出力させる光学素子であり、基板３１、下部クラッド層３２、コア３３、上部クラッド層３４から構成されている。基板３１は、例えば、シリコン（Ｓｉ）基板から構成されている。下部クラッド層３２、コア３３、上部クラッド層３４は、基板３１上に樹脂などを積層することにより形成される。

光学素子３０の製造方法について説明する。

光学素子３０は、まず、基板３１上に下部クラッド層３２を形成する。下部クラッド層３２は、例えば、フッ素化ポリイミドなどの透明樹脂から構成されている。フッ素化ポリイミドの下部クラッド層３２は、例えば、ポリアミド酸などの層を基板３１上にスピンコート法などにより形成した後、加熱処理することでイミド化させることにより形成される。

次に、下部クラッド層３２上にコア３３を形成する。コア３３は、導波路を構成しており、下部クラッド層３２、上部クラッド層１７２と同じフッ素化ポリイミドなどから構成される。なお、コア３３は、下部クラッド層３２、上部クラッド層３４とは屈折率が異なるように樹脂の成分が調整されている。例えば、下部クラッド層３２、上部クラッド層３４の屈折率をｎ１、コア３３の屈折率をｎ２としたとき、
ｎ１＜ｎ２
となるように構成樹脂の成分調整が行われている。なお、屈折率ｎ１、ｎ２は、例えば、ｎ１＝１．５２５、ｎ２＝１．５３１に設定される。

コア３３形成は、まず、下部クラッド層３２上にスピンコート法などによりポリアミド酸の層を一様に形成した後、加熱処理することによりイミド化させ、透明樹脂層を形成する。次に、レジストをパターニングして、例えば、ＲＩＥ（reactive ion etching）装置などにより、ドライエッチング処理を行い、下部グラッド層３２が露出する程度までエッチングする。このとき、フォトレジスト形成部分はエッチングされず、その下部の透明樹脂層が残ることになる。次に、残留したフォトレジストを除去する。以上により、所望のパターンのコア３３が形成される。なお、このとき、コア３３は、例えば、光ファイバ１１、１２、１３の径と略同じ、厚さ９〜１０μｍ程度に形成される。

次に、コア３３の側面及び上面を覆うように上部クラッド層３４を形成する。上部クラッド層３４は、下部クラッド層３２と同じフッ素化ポリイミドなどから構成されており、下部クラッド層３２と同じ屈折率ｎ１となるように成分が調整されている。上部クラッド層３４は、スピンコートなどによりポリアミド酸の層を形成した後、加熱処理され、ポリアミド酸がイミド化されて形成される。

以上により基板３１上に所望のパターンの導波路を有する光学素子３０が形成される。なお、シリコン基板上に屈折率の異なるポリマ樹脂を形成した光学素子３０では、屈折率の影響が大きいため、上面、側面、底面に樹脂材などを形成することができなかった。光学素子３０の周囲に樹脂材などを形成すると、コア３３を通過する光が損失する。このため、図８、図９に示すように光学素子３０の端面だけでファイバアレイ２１、２２との結合が行なわれていた。
特開平５−２６４８６２号公報

しかるに、従来のシリコン基板上で形成された光伝送モジュール１０は、光学素子３０の端面の面積が小さいため、ファイバアレイ３０との結合面積が小さく、よって、ファイバアレイ２１、２２と光学素子３０との結合が脆弱となるなどの問題点があった。

本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、ファイバアレイと光学素子との結合を最小限の光の損失で強化できる光伝送モジュール及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、光回路（３３）が形成された光学素子（３０）と、光学素子（３０）に光ファイバ（１１、１２、１３）を結合する光結合手段（２１、２２）とを有する光伝送モジュールであって、光学素子（３０）と光結合手段（２１、２２）との結合部分の周囲の一部又は全部に充填されて、硬化され、光学素子（３０）と光結合手段（２１、２２）との結合を補強する補強手段（１１１、１１２、２１１、２１２、２２１、２２２、３１１、３１２、３２１、３２２）を有することを特徴とする。

補強手段（１１１、１１２、２１１、２１２、２２１、２２２、３１１、３１２、３２１、３２２）は、光学素子を構成する材料及び光結合手段を構成する材料並びに光学素子と光結合手段とを結合する光路形成樹脂に比べて硬度の低い樹脂材から構成されたことを特徴とする。

補強手段（１１１、１１２、２１１、２１２、２２１、２２２、３１１、３１２、３２１、３２２）を構成する樹脂材は、ヤング率が略９．０×１０＾９以下であることを特徴とする。

補強手段（１１１、１１２、２１１、２１２、２２１、２２２、３１１、３１２、３２１、３２２）を構成する前記樹脂材は、ヤング率が略１．０×１０＾４以上であることを特徴とする。

補強手段（１１１、１１２、２１１、２１２、２２１、２２２、３１１、３１２、３２１、３２２）は、光学素子（３０）と光結合手段（２１、２２）との結合部分にフィレットとして形成されたことを特徴とする。

また、光回路（３３）が形成された光学素子（３０）と、光学素子（３０）に光ファイバ（１１、１２、１３）を結合する光結合手段（２１、２２）とを有する光伝送モジュールの製造方法であって、光学素子（３０）と光結合手段（２１、２２）とを光路形成樹脂（４１、４２）により結合する結合工程と、結合工程で光学素子（３０）と光結合手段（２１、２２）とが光路形成樹脂（４１、４２）により結合された後に、光学素子（３０）と光結合手段（２１、２２）との結合部分の周囲の一部又は全部に樹脂を充填し、硬化させて、光学素子（３０）と光結合手段（２１、２２）との結合を補強する補強手段（１１１、１１２、２１１、２１２、２２１、２２２、３１１、３１２、３２１、３２２）を形成する補強工程とを有することを特徴とする。

なお、上記参照符号は、明細書の理解を容易にするためのものであり、これによって、特許請求の範囲が限定されるものではない。

本発明によれば、光学素子と光結合手段との結合部分の周囲の一部又は全部に充填されて、硬化され、光学素子と光結合手段との結合を補強する補強手段を設けることにより、光の損失を最小限に抑制しつつ、光学素子と光学結合手段との結合の補強を行なうことができるなどの特長を有する。

〔第１実施例〕
図１は本発明の第１実施例の斜視図、図２は本発明の第１実施例の構成図を示す。同図中、図８、図９と同一構成部分には同一符号を付し、その説明は省略する。

本実施例の光伝送モジュール１００は、ファイバアレイ２１と光素子３０との結合部分の周囲にフィレット状に補強部１１１を設け、ファイバアレイ２２と光素子３０との結合部分の周囲に補強部１１２を形成した構成とされている。なお、ファイバアレイ２１、２２が特許請求の範囲に記載の光結合手段に相当する。

補強部１１１は、光学素子３０を構成する樹脂材料及びファイバアレイ２１を構成する樹脂材料並びに光学素子３０とファイバアレイ２１とを結合する光路形成樹脂４１に比べて硬度の低い樹脂材、例えば、シリコン系の樹脂材から構成されている。

図３は、補強部１１１、１１２のヤング率に対する光の損失の特性を示す図である。

補強部１１１、１１２のヤング率に対して光の損失は、図３に示すような特性を示している。例えば、補強部１１１、１１２を構成する樹脂材として、硬化時のヤング率が略１．０×１０＾４〜９．０×１０＾９の樹脂材を用いることにより、光素子３０とファイバアレイ２１、２２との結合部分における光の損失が小さくなることが実験により確かめられていた。

本実施例によれば、ファイバアレイ２１、２２と光素子３０との結合部分の周囲にフィレット状に補強部１１１、１１２を形成することにより、ファイバアレイ２１、２２と光素子３０との結合を強化できる。このとき、補強部１１１、１１２を硬化時のヤング率が略１．０×１０＾４〜９．０×１０＾９のシリコン系樹脂により構成することにより、光の損失を最小限に抑制することができる。

次に本実施例の光伝送モジュール１００の製造方法について説明する。

まず、光学素子３０の矢印Ｘ１方向の端面とファイバアレイ２１とを光路形成樹脂４１を介して互いの光路が一致するように付き合わせ、光路形成樹脂４１を硬化させる。同様に、光学素子３０の矢印Ｘ２方向の端面とファイバアレイ２２とを光路形成樹脂４２を介して互いの光路が一致するように付き合わせ、光路形成樹脂４２を硬化させる。以上により、光学素子３０の矢印Ｘ１、Ｘ２方向に両端面にファイバアレイ２１、２２が接着される。

次に、光学素子３０の矢印Ｘ１方向の端面とファイバアレイ２１との結合部分の周囲に、その全周に亘って、補強用樹脂材を充填し、付加・縮合反応、例えば、加熱、紫外線照射などにより硬化させることにより、補強部１１１を形成する。同様に、光学素子３０の矢印Ｘ２方向の端面とファイバアレイ２２との結合部分の周囲に、その全周に亘って、補強用樹脂材を充填し、付加・縮合反応、例えば、加熱、紫外線照射などにより硬化させることにより、補強部１１２を形成する。以上により、光学素子３０の矢印Ｘ１、Ｘ２方向に両端面とファイバアレイ２１、２２との結合部分の周囲の全周に亘って補強部１１１、１１２が形成される。

このとき、補強部１１１、１１２は、光素子３０とファイバアレイ２１との結合部分に、光の損失が最小となる硬度、すなわち、ヤング率が略１．０×１０＾４〜９．０×１０＾９となる樹脂材から構成されているので、光素子３０とファイバアレイ２１との結合部分及びその周囲における光の損失を最小限としつつ、光素子３０とファイバアレイ２１との結合を強化することができる。

〔第２実施例〕
図４は本発明の第２実施例の斜視図、図５は本発明の第２実施例の構成図を示す。同図中、図８、図９と同一構成部分には同一符号を付し、その説明は省略する。

本実施例の光伝送モジュール２００は、補強部２１１、２１２、２２１、２２２の形成箇所が第１実施例とは相違する。

補強部２１１は、硬化時のヤング率が略１．０×１０＾４〜９．０×１０＾９となる樹脂材から構成されており、光学素子３０とファイバアレイ２１の矢印Ｚ１方向の辺、全辺に亘ってフィレット状に充填され、硬化されている。補強部２１２は、硬化時のヤング率が略１．０×１０＾４〜９．０×１０＾９となる樹脂材から構成されており、光学素子３０とファイバアレイ２１の矢印Ｚ２方向の辺、全辺に亘ってフィレット状に充填され、硬化されている。

補強部２２１は、硬化時のヤング率が略１．０×１０＾４〜９．０×１０＾９となる樹脂材から構成されており、光学素子３０とファイバアレイ２２の矢印Ｚ１方向の辺、全辺に亘ってフィレット状に充填され、硬化されている。補強部２２２は、硬化時のヤング率が略１．０×１０＾４〜９．０×１０＾９となる樹脂材から構成されており、光学素子３０とファイバアレイ２２の矢印Ｚ２方向の辺、全辺に亘ってフィレット状に充填され、硬化されている。

本実施例では、光学素子３０とファイバアレイ２１、２２の矢印Ｚ１、Ｚ２方向の辺にのみ補強部２１１、２１２、２２１、２２２を形成することにより、補強部２１１、２１２、２２１、２２２による光の損失を低減できる。

〔第３実施例〕
図６は本発明の第３実施例の斜視図、図７は本発明の第３実施例の構成図を示す。同図中、図８、図９と同一構成部分には同一符号を付し、その説明は省略する。

本実施例の光伝送モジュール３００は、補強部３１１、３１２、３２１、３２２の形成箇所が第１、第２実施例とは相違する。

補強部３１１は、硬化時のヤング率が略１．０×１０＾４〜９．０×１０＾９となる樹脂材から構成されており、光学素子３０とファイバアレイ２１の矢印Ｙ１方向の端辺にフィレット状に充填され、硬化されている。補強部３１２は、硬化時のヤング率が略１．０×１０＾４〜９．０×１０＾９となる樹脂材から構成されており、光学素子３０とファイバアレイ２１の矢印Ｙ２方向の端辺にフィレット状に充填され、硬化されている。

補強部３２１は、硬化時のヤング率が略１．０×１０＾４〜９．０×１０＾９となる樹脂材から構成されており、光学素子３０とファイバアレイ２２の矢印Ｙ１方向の端辺にフィレット状に充填され、硬化されている。補強部３２２は、硬化時のヤング率が略１．０×１０＾４〜９．０×１０＾９となる樹脂材から構成されており、光学素子３０とファイバアレイ２２の矢印Ｙ２方向の端辺にフィレット状に充填され、硬化されている。

本実施例では、光学素子３０とファイバアレイ２１、２２の矢印Ｙ１、Ｙ２方向の辺にのみ補強部３１１、３１２、３２１、３２２を形成することにより、補強部３１１、３１２、３２１、３２２による光の損失を、更に、低減できる。

〔その他〕
なお、本実施例では、光学素子３０の一例として、光を２分岐する構成の光学素子を例に説明したが、光学素子３０はこれに限定されるものではなく、本発明は他の種々の光学素子に対して適用可能であることは言うまでもない。

本発明の第１実施例の斜視図である。本発明の第１実施例の構成図である。補強部のヤング率に対する光の損失の特性を示す図である。本発明の第２実施例の斜視図である。本発明の第２実施例の構成図である。本発明の第３実施例の斜視図である。本発明の第３実施例の構成図である。従来の一例の斜視図である。従来の一例の構成図である。光素子３０の斜視図である。

符号の説明

１００、２００、３００光伝送モジュール
１１、１２、１３光ファイバ
２１、２２ファイバアレイ
３０光素子、３１基板、３２、３４クラッド、３３コア
４１、４２光路形成樹脂
１１１、１１２、２１１、２１２、２２１、２２２補強部
３１１、３１２、３２１、３２２補強部

Claims

光回路が形成された光学素子と、該光学素子に光ファイバを結合する光結合手段とを有する光伝送モジュールであって、
前記光学素子と前記光結合手段との結合部分の周囲の一部又は全部に充填されて、硬化され、前記光学素子と前記光結合手段との結合を補強する補強手段を有することを特徴とする光伝送モジュール。
前記補強手段は、前記光学素子を構成する材料及び前記光結合手段を構成する材料並びに前記光学素子と前記光結合手段とを結合する光路形成樹脂に比べて硬度の低い樹脂材から構成されたことを特徴とする請求項１記載の光伝送モジュール。
前記補強手段を構成する前記樹脂材は、ヤング率が略９．０×１０＾９以下であることを特徴とする請求項２記載の光伝送モジュール。
前記補強手段を構成する前記樹脂材は、ヤング率が略１．０×１０＾４以上であることを特徴とする請求項３記載の光伝送モジュール。
前記補強手段は、前記光学素子と前記光結合手段との結合部分にフィレットとして形成されたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項記載の光伝送モジュール。
光回路が形成された光学素子と、該光学素子に光ファイバを結合する光結合手段とを有する光伝送モジュールの製造方法であって、
前記光学素子と前記光結合手段とを光路形成樹脂により結合する結合工程と、
前記結合工程で前記光学素子と前記光結合手段とが光路形成樹脂により結合された後に、前記光学素子と前記光結合手段との結合部分の周囲の一部又は全部に樹脂を充填し、硬化させて、前記光学素子と前記光結合手段との結合を補強する補強手段を形成する補強工程とを有することを特徴とする光伝送モジュールの製造方法。