JP2006201499A

JP2006201499A - 光通信モジュール

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Publication number: JP2006201499A
Application number: JP2005013220A
Authority: JP
Inventors: Yoshiya Nagashima; 善哉長嶋; Hironori Kanehira; 浩紀兼平
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2005-01-20
Filing date: 2005-01-20
Publication date: 2006-08-03

Abstract

【課題】光導波路中に光分岐素子を設けることなく、面発光レーザからの光出力をモニタできるようにした光通信モジュールを提供する。
【解決手段】光通信モジュール１Ａは、コア８を有する導波路シート２と、面発光レーザ５を備える。導波路シート２は、一方の端部に傾斜端面１０が形成され、傾斜端面１０に露出したコア８の端面により反射面１１が形成されて、コア８の延びる方向に対して垂直方向に、反射面１１と対向して光の入射面１２が形成される。面発光レーザ５は、導波路シート２の反射面１１と対向するように、入射面１２の下側に実装される。面発光レーザ５から出射された送信光は、入射面１２から導波路シート２に入射し、反射面１１で反射してコア８を伝搬されるが、一部は傾斜端面１０から導波路シート２の上面に漏れる。フォトダイオード６は、傾斜端面１０からの漏れ光を受光できる位置に実装され、面発光レーザ５の光出力がモニタされる。
【選択図】図１

Description

本発明は、光導波路の端部に傾斜端面を形成して、面型発光素子と光導波路を光学的に結合できるようにした光通信モジュールに関する。詳しくは、面型発光素子から出射した光のうち、光導波路に結合せずに傾斜端面から漏れる光をモニタ光として受光素子で受光することで、面型発光素子からの光出力をモニタできるようにしたものである。

光通信の分野において、レーザダイオード（ＬＤ）をＡＰＣ（Auto Power Control）駆動させることは、光通信装置の信頼性を高めるための有効な方法のひとつである。

光通信装置の光源として、ファブリペロー（ＦＰ）型のレーザダイオードを使用した場合は、レーザダイオードの後方にフォトダイオード（ＰＤ）を配置することでレーザダイオードの光出力をモニタして、レーザダイオードをＡＰＣ駆動させることができる。

これに対して、送信光の一部をモニタ光として利用する構成を備え、レーザダイオードをＡＰＣ駆動させる光通信装置も提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載された光通信装置は、光導波路中にフィルタ等の光分岐素子を備え、光導波路を伝搬される送信光の一部を分岐してモニタ用のフォトダイオードに受光させる構成である。

特開２００３−２５８３６４号公報

光導波路中に光分岐素子を設けてモニタ光を取り出す構成の光通信装置では、光源として面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）を備え、面発光レーザからの光出力をモニタして、面発光レーザをＡＰＣ駆動させることができる。

しかし、モニタ光を得るために光分岐素子を設けることで、光分岐素子の実装部分で送信光の結合損失が生じるという問題がある。

本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、光導波路中に光分岐素子を設けることなく、面発光レーザからの光出力をモニタできるようにした光通信モジュールを提供することを目的とする。

上述した課題を解決するため、本発明に係る光通信モジュールは、光が伝搬されるコアの延びる方向に沿った一方の端部に傾斜端面が形成され、傾斜端面に露出したコアの端面により反射面が形成されると共に、コアの延びる方向に対して垂直方向に、反射面と対向して光の入射面が形成される光導波路と、光導波路の入射面と対向して配置され、反射面を介してコアと光学的に結合した面型発光素子と、面型発光素子から出射された光で、光導波路の反射面からの漏れ光をモニタ光として受光する受光素子とを備えたものである。

本発明の光通信モジュールでは、面型発光素子から出射された送信光は、入射面から光導波路に入射し、反射面で反射することでコアに結合して、コアを伝搬される。

これに対して、面型発光素子から出射された送信光の一部は、コアに結合せずに傾斜端面を透過して漏れ光となる。この光導波路からの漏れ光が受光素子で受光されることで、面型発光素子からの光出力がモニタされ、面型発光素子がＡＰＣ駆動される。

本発明の光通信モジュールによれば、面型発光素子から出射した光のうち、コアに結合せずに傾斜端面から漏れる光をモニタ光として利用することで、光導波路中に光分岐素子を設けることなく、面型発光素子からの光出力をモニタすることができる。従って、モニタ光を得るために光導波路中に光分岐素子を設けることにより生じる結合損失を無くすことができる。

また、光導波路の端部に傾斜端面を備えて面型発光素子と光導波路を光学的に結合させる構成で、従来より傾斜端面から漏れて損失していた光をモニタ光として利用しているので、新たな損失が生じることは無い。

更に、光分岐素子の実装時に必要であった光分岐素子の角度の微調整等の作業が不要となるので、光導波路等の実装が容易に行え、実装作業の効率を向上させることができる。

以下、図面を参照して本発明の光通信モジュールの実施の形態について説明する。

＜第１の実施の形態の光通信モジュールの構成＞
図１は第１の実施の形態の光通信モジュールの構成の一例を示す断面図である。第１の実施の形態の光通信モジュール１Ａは、平面型の光導波路を構成する導波路シート２と、導波路シート２を支持する実装基板３と、導波路シート２と光学的に結合した光ファイバ４を備える。また、光通信モジュール１Ａは、導波路シート２と光学的に結合し、光信号を出力する面型発光素子としての面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）５と、面発光レーザ５の出力をモニタする受光素子としてのフォトダイオード（ＰＤ）６と、各構成要素を収容するパッケージ７等を備える。

導波路シート２は、例えば高分子材料で構成され、直線状に延びるコア８と、クラッド層９を構成する下部クラッド９ａ及び上部クラッド９ｂを備えて、コア・クラッド構造を有する。

コア８は、屈折率が下部クラッド９ａ及び上部クラッド９ｂより若干大きくなるように構成され、コア８に結合された光は、コア８に閉じ込められて伝搬される。

導波路シート２は、コア８の延びる方向に沿った一方の端部に傾斜端面１０が形成され、コア８の一方の端面を傾斜端面１０と同一面に露出させて反射面１１が形成される。傾斜端面１０及び反射面１１は、導波路シート２の下面に対して４５度に傾斜しており、導波路シート２は、コア８の延びる方向に対して垂直方向で、反射面１１と対向する下面側が光の入射面１２となる。

また、導波路シート２は、他方の端部に垂直端面１３が形成される。垂直端面１３は、直線状に延びるコア８に対して垂直な面で、垂直端面１３には、コア８の他方の端面が露出して出射面１４が形成される。

実装基板３は、例えばシリコン（Ｓｉ）基板であり、表面に導波路シート２が例えば接着により実装される。また、実装基板３は、導波路シート２の下面側の入射面１２と対向する位置に実装凹部１５が形成され、実装凹部１５に面発光レーザ５が実装される。

更に、実装基板３は、導波路シート２の垂直端面１３側の表面にＶ溝１６が形成される。Ｖ溝１６は、実装基板３の端部から、実装基板３に実装された導波路シート２の垂直端面１３に到達する位置まで直線状に形成され、Ｖ溝１６に光ファイバ４が固定される。

光ファイバ４は、Ｖ溝１６に嵌められることで、導波路シート２に対する位置合わせが行われ、接着により実装基板３に固定される。ここで、Ｖ溝１６に光ファイバ４を嵌めると、光ファイバ４のコア４ａが導波路シート２のコア８と光学的に結合するように、Ｖ溝１６の形状等が設定されている。

面発光レーザ５は、発光部が導波路シート２の反射面１１と対向するように実装凹部１５に実装され、実装基板３の表面に対して垂直方向に光を出射する。導波路シート２は、上述したように実装基板３の表面に実装されているので、面発光レーザ５の光の出射方向は、導波路シート２に対して略垂直となる。

これにより、面発光レーザ５から出射された光は、入射面１２から導波路シート２に入射し、反射面１１で反射することで光の伝搬方向が９０度変換されて、導波路シート２のコア８を伝搬される。

さて、面発光レーザ５から出射された光は、上述したように導波路シート２の傾斜端面１０に形成した反射面１１で反射してコア８に結合するが、面発光レーザ５から出射された光の１００％がコア８に結合するわけではなく、傾斜端面１０において多少の損失が発生する。

すなわち、面発光レーザ５から出射され入射面１２から導波路シート２に入射した光の一部は、コア８に結合せずに傾斜端面１０から漏れ、導波路シート２の上面に散乱される。

フォトダイオード６は、面発光レーザ５から出射された光で、導波路シート２のコア８に結合せずに損失となる傾斜端面１０からの漏れ光を受光できるように、面発光レーザ５と対向させて導波路シート２の上側に配置される。これにより、面発光レーザ５から出力された光の一部をフォトダイオード６で受光して、モニタすることができる。

このように、面発光レーザ５から出射される光のモニタ用であるフォトダイオード６は、高速通信の信号光の受光用に用いられるものと比較して大きいサイズのものが使用される。

このため、フォトダイオード６に要求されるアライメント精度は、高速通信の信号光を受光するフォトダイオードに比べて厳密ではない。よって、フォトダイオード６は、パッケージ７の上面ケース７ａに取り付ける構成として、面発光レーザ５の上側に配置する。

パッケージ７は、下面ケース７ｂに実装基板３が実装される。また、面発光レーザ５の駆動等を行う回路基板１７が実装される。回路基板１７と面発光レーザ５は、ボンディングワイヤ１８等で電気的に接続される。また、回路基板１７とフォトダイオード６は、フレキシブルケーブル１９や直接の配線等で電気的に接続される。

次に、上述した構成の光通信モジュール１Ａの製造工程の概要について説明する。まず、導波路シート２の製造工程の概要について説明すると、図示しないシリコン基板上にクラッド用の高分子材料を塗布し、プリベイク、ＵＶ（紫外線）照射、ポストベイクの処理を行い、下部クラッド９ａを作製する。

次に、コア用の高分子材料を塗布し、プリベイク、ＵＶ照射、現像、ポストベイクの処理を行い、フォトリソグラフィプロセスで所定のパターンのコア８を作製する。次に、上部クラッド９ｂを下部クラッド９ａと同様の手順で作製する。

次に、傾斜端面１０が形成される辺となる部分を、４５度の角度を持つダイシングプレートを用いてダイシングすることで、傾斜端面１０及び反射面１１を形成する。

また、垂直端面１３及び他の辺となる部分は、９０度の角度を持つダイシングプレートを用いてダイシングすることで、所定の形状の導波路シート２を切り出す。そして、導波路シート２をシリコン基板から剥離して、反射面１１が形成された傾斜端面１０を備えた導波路シート２が完成する。なお、傾斜端面１０及び反射面１１に金属膜を蒸着等により形成して、傾斜端面１０及び反射面１１を金属膜でコーティングしても良い。

次に、実装基板３の製造工程の概要について説明すると、例えば表面に熱酸化膜のあるシリコン基板を用い、実装凹部１５を作製する位置が開口するように熱酸化膜を除去し、ウエットエッチング等により開口部分のエッチングを行い、実装凹部１５を作製する。なお、Ｖ溝１６は例えば実装凹部１５と同様にエッチングで作製される。

次に、導波路シート２を実装基板３に実装して光通信モジュール１Ａを製造する工程の概要について説明する。まず、導波路シート２が実装されていない実装基板３の実装凹部１５に面発光レーザ５を実装する。次に、実装基板３をパッケージ７の下面ケース７ｂに実装し、面発光レーザ５と回路基板１７をボンディングワイヤ１８で電気的に接続する。

次に、導波路シート２の反射面１１が面発光レーザ５の発光部の真上に位置するように位置合わせして、導波路シート２を実装基板３に接着固定する。導波路シート２を実装基板３に接着固定する接着剤としては、導波路シート２が光を透過するので、可視光硬化型の接着剤を用いる。

なお、面発光レーザ５と導波路シート２の位置合わせは、２次元方向の移動で行えるので、図示しない位置合わせマーカ等を利用することで、面発光レーザ５を駆動することなく、パッシブアライメントで実現できる。

次に、Ｖ溝１６に光ファイバ４を嵌め、導波路シート２において垂直端面１３に形成されたコア８の出射面１４に、光ファイバ４のコア４ａの端面を突き当てて、例えば可視光硬化型の接着剤で光ファイバ４を実装基板３に接着固定する。

そして、パッケージ７を構成する上面ケース７ａに実装されたフォトダイオード６と回路基板１７をフレキシブルケーブル１９で電気的に接続し、上面ケース７ａで下面ケース７ｂを封止して、パッケージ７を構成する。

ここで、上面ケース７ａを下面ケース７ｂに取り付けると、面発光レーザ５の上側で導波路シート２の反射面１１と対向する位置にフォトダイオード６が配置されるように構成されている。

上述したように、実装基板３への面発光レーザ５の実装と、電気的接続の工程の後に、導波路シート２及び光ファイバ４の実装を行うことで、半田等の熱の影響を、樹脂で構成される導波路シート２及び光ファイバ４に与えないようにしている。

＜第１の実施の形態の光通信モジュールの動作＞
図２は第１の実施の形態の光通信モジュール１Ａの動作例を示す断面図で、以下に、光通信モジュール１Ａの動作について説明する。

光通信モジュール１Ａでは、電気信号が面発光レーザ５で光信号に変換される。面発光レーザ５から出射された送信光Ｓは、導波路シート２の下面側の入射面１２からコア８に対して垂直方向に入射し、反射面１１で反射することで光の伝搬方向が９０度変換されて導波路シート２のコア８に結合し、コア８を伝搬される。

コア８を伝搬される送信光Ｓは、導波路シート２の出射面１４から出射し、光ファイバ４のコア４ａに入射して、光ファイバ４を伝搬されて図示しない対向機器で受光される。

面発光レーザ５から出射された送信光の一部は、導波路シート２のコア８に結合せずに、傾斜端面１０を透過して漏れ光となり、傾斜端面１０から導波路シート２の上面に散乱される。

導波路シート２の傾斜端面１０の上側には、面発光レーザ５と対向する位置にモニタ用のフォトダイオード６が配置されるので、傾斜端面１０からの漏れ光がモニタ光Ｍとしてフォトダイオード６で受光される。これにより、面発光レーザ５から出射した光をモニタして、面発光レーザ５をＡＰＣ駆動させることができる。

上述したように、光通信モジュール１Ａでは、導波路シート２と面発光レーザ５を光学的に結合させるため、導波路シート２に形成した反射面１１を有する傾斜端面１０において、コア８に結合せずに損失となる漏れ光をモニタ光として利用している。これにより、モニタ光を得るために光路中にフィルタ等を配置する必要がなく、損失を抑えることができる。

なお、導波路シート２の傾斜端面１０で漏れ光となって損失する光の割合は、一般的に５％〜１０％程度である。この傾斜端面１０での損失の割合は、傾斜端面１０を形成する際のダイシングや、傾斜端面１０に施すコーティング等によって異なる。

従来は、この漏れ光として損失していた光を活用していなかったが、本実施の形態の光通信モジュール１Ａでは、漏れ光をモニタ光として利用することで、傾斜端面１０での損失分を有効活用でき、新たな損失が生じることはない。

ここで、モニタ用のフォトダイオード６と回路基板１７をフレキシブルケーブル１９で接続する構成とすると、例えばパッケージ７が損傷してフレキシブルケーブル１９が切断された場合に、面発光レーザ５の駆動を停止することができる。これにより、アイセフティ等の安全性が向上する。

＜第２の実施の形態の光通信モジュールの構成＞
図３は第２の実施の形態の光通信モジュールの構成の一例を示す断面図である。以下の説明で、第１の実施の形態の光通信モジュール１Ａと同じ構成については同じ番号を付して説明する。

第２の実施の形態の光通信モジュール１Ｂは、面発光レーザ５から出射された光で、導波路シート２のコア８に結合せずに損失となる傾斜端面１０からの漏れ光を、反射ミラー２０でフォトダイオード６へ導光するようにしたものである。

反射ミラー２０は、面発光レーザ５から出射された光で、導波路シート２のコア８に結合しない傾斜端面１０からの漏れ光が入射するように、面発光レーザ５と対向させて導波路シート２の傾斜端面１０の上側に配置される。

反射ミラー２０は、傾斜端面１０からの漏れ光を下方へ向けて反射する。ここで、反射ミラー２０における光の反射方向は、導波路シート２を避けた所定の方向とする。

フォトダイオード６は、反射ミラー２０で反射した傾斜端面１０からの漏れ光を受光できるように、面発光レーザ５と同一面側に配置される。例えば、フォトダイオード６は、パッケージ７の下面ケース７ｂに実装される回路基板１７に実装される。なお、フォトダイオード６は、実装基板３に実装しても良い。フォトダイオード６を回路基板１７等に実装することで、フォトダイオード６と回路基板１７の電気的な接続は、ボンディングワイヤ２１で行われる。

上述した構成を有する第２の実施の形態の光通信モジュール１Ｂの製造工程は、第１の実施の形態の光通信モジュール１Ｂと同様であるが、フォトダイオード６の実装及び電気的接続工程の後に、導波路シート２及び光ファイバ４の実装工程を行うようにする。

＜第２の実施の形態の光通信モジュールの動作＞
図４は第２の実施の形態の光通信モジュール１Ｂの動作例を示す断面図で、以下に、光通信モジュール１Ｂの動作について説明する。

光通信モジュール１Ｂでは、電気信号が面発光レーザ５で光信号に変換される。面発光レーザ５から出射された送信光Ｓは、導波路シート２の下面側の入射面１２からコア８に対して垂直方向に入射し、反射面１１で反射することで光の伝搬方向が９０度変換されて導波路シート２のコア８に結合し、コア８を伝搬される。

導波路シート２の傾斜端面１０の上側には、面発光レーザ５と対向する位置に反射ミラー２０が配置されるので、傾斜端面１０からの漏れ光が反射ミラー２０で反射され、モニタ光Ｍとしてフォトダイオード６へ導光されて、フォトダイオード６で受光される。

これにより、面発光レーザ５から出射した光を、面発光レーザ５と同一面側に実装したフォトダイオード６でモニタして、面発光レーザ５をＡＰＣ駆動させることができる。

上述したように、光通信モジュール１Ｂでは、面発光レーザ５と同一面側にフォトダイオード６を実装することで、フォトダイオード６と回路基板１７の電気的な接続に、フレキシブルケーブル等の配線を使用する必要が無くなり、実装が容易となる。

本発明は、電子機器のボード間やチップ間の光通信モジュールや、光ファイバを利用した通信ケーブルのコネクタ等に適用される。

第１の実施の形態の光通信モジュールの構成の一例を示す断面図である。第１の実施の形態の光通信モジュールの動作例を示す断面図である。第２の実施の形態の光通信モジュールの構成の一例を示す断面図である。第２の実施の形態の光通信モジュールの動作例を示す断面図である。

符号の説明

１・・・光通信モジュール、２・・・導波路シート、３・・・実装基板、４・・・光ファイバ、５・・・面発光レーザ、６・・・フォトダイオード、７・・・パッケージ、８・・・コア、９・・・クラッド層、９ａ・・・下部クラッド、９ｂ・・・上部クラッド、１０・・・傾斜端面、１１・・・反射面、１２・・・入射面、１３・・・垂直端面、１４・・・出射面、１５・・・実装凹部、１６・・・Ｖ溝、１７・・・回路基板、１８・・・ボンディングワイヤ、１９・・・フレキシブルケーブル、２０・・・反射ミラー、２１・・・ボンディングワイヤ

Claims

光が伝搬されるコアの延びる方向に沿った一方の端部に傾斜端面が形成され、前記傾斜端面に露出した前記コアの端面により反射面が形成されると共に、前記コアの延びる方向に対して垂直方向に、前記反射面と対向して光の入射面が形成される光導波路と、
前記光導波路の前記入射面と対向して配置され、前記反射面を介して前記コアと光学的に結合した面型発光素子と、
前記面型発光素子から出射された光で、前記光導波路の前記反射面からの漏れ光をモニタ光として受光する受光素子と
を備えたことを特徴とする光通信モジュール。
前記受光素子は、前記面型発光素子と対向して前記光導波路の前記反射面の上側に配置される
ことを特徴とする請求項１記載の光通信モジュール。
前記光導波路の前記反射面からの漏れ光を反射して、前記受光素子へ導光する反射鏡を備えた
ことを特徴とする請求項１記載の光通信モジュール。