JP2007264312A - 光結合器 - Google Patents

Abstract

【課題】光素子と光伝送路との光学的な結合が容易で、高い結合効率を実現する光結合器を提供する。
【解決手段】本実施形態の光結合器１０は、発光素子１１と光伝送路１２に、それぞれ第１の光結合用導波構造１と第２の光結合用導波構造２を事前に装着させておくことにより、光結合時には第１の光結合用導波構造１と第２の光結合用導波構造２との位置決めのみを行えばよく、精度の高い位置決めを容易に実現することが可能となる。また、第１の光結合用導波構造１と第２の光結合用導波構造２のそれぞれの端部が光結合時に接近するような長さに調整することで、高い結合効率が得られるようにすることも容易である。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板と光伝送路とを備えた光伝送路付基板に光素子を光結合させるための光結合器に関するものである。

情報通信社会の発展に伴い、通信機器に対しても高速・大容量化といった高度な処理能力が求められている。このようなニーズに対応して、通信機器内部における信号伝送速度も高速化を図ることが重要となってきており、従来の電気信号による伝送ではさらに高速化を図ることが困難になってきている。そこで、近年は電気信号に代えて光信号を用いて高速伝送を実現する検討が進められている。
光信号を用いた光伝送システムでは、発光素子及び受光素子等の光素子に加えて、光伝送路が必ず必要であり、各光素子を光伝送路に光結合して用いている。光信号は、光強度の高低で形成されていることから、光伝送システムでは光強度を確保することが不可欠となる。

しかし、光素子を実装するには電気回路基板が必ず必要となることから、光素子を光伝送路に光結合させた構造では、前記光素子と前記光伝送路との間に前記電気回路基板が設けられるため、前記光素子と前記光伝送路とが離れた構造となっている。また、光素子実装にはワイヤーボンディングが一般的であるが、ワイヤーボンディングで実装した場合には、ボンディングのループにより前記光素子と前記電気回路基板は離れる構造となる。その結果、前記光素子と前記光伝送路との間で十分な光強度が確保できなくなってしまうといった問題があった。

上記構造の光伝送システムにおいて十分な光強度を確保するには、各光素子と光伝送路との間を高い光結合効率で光結合する手段が必要となる。高い光結合効率を実現する光結合手段として、
（１）光素子と光伝送路との間に光を集光するためのレンズを設置するレンズ型
（２）光素子と光伝送路との間に光を伝播させるための光導波構造を形成する光伝送路型
の２種類が従来から知られている。
従来のレンズ型の光結合手段の代表例を図１２に示す（特許文献１〜３）。同図では、発光素子１０１と光伝送路１０２とをマイクロレンズ１０３，１０４を用いて光結合させる手段を示しており、発光素子１０１側と光伝送路１０２側に、それぞれマイクロレンズ１０３，１０４を設けている。図１０では、発光素子１０１を用いた例を示しているが、受光素子であっても同様の光結合手段を用いることができる。

図１２に示す従来のレンズ型の光結合手段の例では、二つのマイクロレンズ１０３，１０４の間を平行光とするために、それぞれ異なる特性を有するマイクロレンズが用いられている。

従来の伝送路型の光結合手段の別の例を図１３に示す（特許文献４）。図１３では、発光素子１０１と光伝送路１０２とを光ピン１２１を用いて光結合させる手段を示している。なお、ここでも発光素子を用いた例を示しているが、受光素子であっても同様の光結合手段を用いることができる。
光ピン１２１は、ファイバを加工して形成したものであり、光ピン１２１は光伝送路１０２の端面１０５に装着されている。光ピン１２１の光軸は、発光素子１０１の光軸と一致しており、光伝送路１０２の光軸とは垂直になる方向となっている。本従来例では、発光素子１０１と光ピン１２１の間、光ピン１２１と光伝送路１０２の間、の２箇所で光結合させている。

従来の伝送路型の光結合構造のさらに別の例を図１４に示す（特許文献５）。同図では、発光素子１０１と光伝送路１０２とを導波用シート１３１を用いて光結合させる手段を示している。なお、ここでも発光素子を用いた例を示しているが、受光素子であっても同様の光結合手段を用いることができる。

導波用シート１３１は、シート基材の厚さ方向に導波１３２を形成したものであり、発光素子１０１と光伝送路１０２との間に設けて両者の光結合を実現している。本従来例でも、発光素子１０１と導波用シート１３１の間、導波用シート１３１と光伝送路１０２の間、の２箇所で光結合させている。
特許公開平５−２４１０４４ 特許公開２００１−１８５７５２ 特許公開２００２−１８９１３７ 特許公開２００４−８５９１３ ＷＯ２００３／０３２０３５

しかしながら、上記従来の光結合手段では、以下のような問題があった。従来のレンズ型の光結合手段では、高い結合効率が実現できるといった利点があるものの、２つのレンズや光素子を高い精度で実装しなければならないといった問題があった。
また、光素子と光伝送路の間を樹脂埋めして用いる場合には、光結合に用いるレンズとしてよりレンズ効果の大きいものを選択する必要があるが、このようなレンズは材料の選択性に乏しく、曲率半径が非常に小さく高精度に加工されたものが必要となってコスト高になってしまうといった問題があった。

光素子と光伝送路の間を樹脂埋めしない場合には、必要なレンズ効果が得られるレンズ材料の選択幅は広がるものの、光素子と光伝送路との間で光信号が空気中を伝播することになるため、光信号が減衰、劣化してしまうといった問題があった。

一方、従来の伝送路型の光結合手段では、上記従来のレンズ型の光結合手段よりも単純な構造とすることができるものの、光結合効率の面では低下してしまうのが一般的である。光結合に用いる光結合用導波構造は、その光軸が光素子の光軸および光伝送路の光軸とそれぞれ一致するよう装着させる必要があるため、高い実装位置精度が求められる。
さらに、光素子と光結合用導波構造との距離が大きくなってしまうと、光結合効果が低下してしまうため、両者をできるだけ接近させた構造とする必要がある。しかしながら、光素子と前記光結合用導波構造とを近接させ、かつ実装位置の制御も容易な構造とするのは難しい。

図１２の光ピン１２１を用いる従来例、及び図１３の導波用シート１３１を用いる従来例では、それぞれとも光結合が２箇所必要となり、装着にはともに高精度な位置合せが要求されていた。さらにワイヤーボンディングの場合は、ボンディングループを確保する必要があることから、光素子の近接位置に実装することも困難であった。
そこで、本発明はこれらの問題を解決するためになされたものであり、光素子と光伝送路との光学的な結合が容易で、高い結合効率を実現する光結合器を提供することを目的とする。

この発明の光結合器の第１の態様は、基板と光伝送路とを備えた光伝送路付基板に光素子を光結合させるための光結合器であって、前記光伝送路の光軸と直交する光軸を有する第１の光結合用導波構造を備え前記第１の光結合用導波構造の一部または全部が前記光素子に装着されていることを特徴とする光結合器である。

第２の態様は、前記光伝送路の光軸と直交する光軸を有する第２の光結合用導波構造をさらに備え、前記第２の光結合用導波構造の一部または全部が前記光伝送路付基板に装着されていることを特徴とする光結合器である。

第３の態様は、前記第１の光結合用導波構造及び前記第２の光結合用導波構造は、クラッドのみがそれぞれ前記光素子及び前記光伝送路付基板に装着されており、前記第１の光結合用導波構造及び前記第２の光結合用導波構造のコアは一体に形成されていることを特徴とする光結合器である。

第４の態様は、光出力側の前記第１の光結合用導波構造または前記第２の光結合用導波構造のコア径が、光入力側の前記第２の光結合用導波構造または前記第１の光結合用導波構造のコア径よりも小さいことを特徴とする光結合器である。

第５の態様は、光出力側の前記第１の光結合用導波構造または前記第２の光結合用導波構造のコア径が、光入力側の前記第２の光結合用導波構造または前記第１の光結合用導波構造のコア径よりも大きいことを特徴とする光結合器である。

第６の態様は、光出力側の前記第１の光結合用導波構造または前記第２の光結合用導波構造の入力端がレンズ形状を有していることを特徴とする光結合器である。

第７の態様は、光入力側の前記第１の光結合用導波構造または前記第２の光結合用導波構造の出力端がレンズ形状を有していることを特徴とする光結合器である。

以上説明したように本発明によれば、光素子と光伝送路付基板のそれぞれに第１の光結合用導波構造と第２の光結合用導波構造を事前に装着させておくことにより、光結合時には前記第１の光結合用導波構造１と前記第２の光結合用導波構造２との位置決めのみを行えばよく、精度の高い位置決めを容易に実現することが可能となる。

また、前記第１の光結合用導波構造と前記第２の光結合用導波構造とはそれぞれ前記光素子と前記光伝送路付基板に個別に事前に装着されることから、位置精度が高く、それぞれの導波構造の長さの調整もワイヤーボンディングに制限されることなく容易に行うことが可能となる。そのため、前記第１の光結合用導波構造と前記第２の光結合用導波構造のそれぞれの端部が光結合時にそれぞれ前記光素子と前記光伝送路に接近するような長さに調整することで、高い結合効率が得られるようにすることができる。

また、前記第１及び第２の光結合用導波構造がそれぞれ前記光素子と前記光伝送路付基板に個別に装着されていることは、例えばウエハの状態や基板切り出し前の状態において一括して形成することができる。さらに導波構造形成後は前記光素子と前記伝送路付基板の実装のみで光伝送システムを実現できるため、通常の電子部品実装と同じプロセスとなることもあり、量産性に優れているという効果がある。

さらに、前記第１の光結合用導波構造と前記第２の光結合用導波構造とからなる本発明の光結合器に用いる材料としては、従来から導波構造に用いられているものと同様のものを用いることができ、材料の選択性にも優れているといった効果がある。
前記第１及び第２の光結合用導波構造に対して、光出力側の光結合用導波構造のコア径を光入力側の光結合用導波構造のコア径よりも小さくした場合には、高精度な位置決めを行うことなく高い結合効率を実現することができる。

また、逆に光入力側の光結合用導波構造のコア径を光出力側の光結合用導波構造のコア径よりも小さくした場合には、高周波成分を除去して必要なモード光だけに絞って光入力側に取り込むようにすることができ、高品質の光伝播を実現することができる。

さらに、前記第１の光結合用導波構造と前記第２の光結合用導波構造の端部をそれぞれレンズ形状に形成することにより、前記各端部でレンズ効果を実現することができ、結合効率を高めることができる。

図面を参照して本発明の好ましい実施の形態における光結合器の構成について詳細に説明する。なお、同一機能を有する各構成部については、図示及び説明簡略化のため、同一符号を付して示す。

本発明の光結合器は、基板と光伝送路とを備えた光伝送路付基板に光素子を光結合させるための光結合器であって、前記光伝送路の光軸と直交する光軸を有する光結合用導波構造が、少なくとも前記光素子に装着されていることを特徴としている。
本発明の光結合器の第１の実施の形態を、図１を用いて以下に説明する。本実施形態の光結合器は、光素子側に形成される第１の光結合用導波構造と光伝送路付基板側に形成される第２の光結合用導波構造とから構成される。前記第１の光結合用導波構造と前記第２の光結合用導波構造とを結合することによって、前記光素子と前記光伝送路とを光学的に結合させるものである。

図１は、発光素子１１と光伝送路付基板１２に備えられた光伝送路１３とを光結合させる実施例を示しており、（a）は発光素子１１を光伝送路付基板１２に実装する前の状態を、（ｂ）は実装した後の状態を、それぞれ示している。本実施例では、発光素子１１を光伝送路付基板１２に実装する例を示しているが、受光素子等の他の光素子を実装する場合であっても同様である。

発光素子１１と光伝送路１３とは、図１（b）に示すように、それぞれの光軸が直交するように光結合される。すなわち、発光素子１１の光軸は図面上垂直方向としており、光伝送路１３の光軸は図面上水平方向としている。そして、発光素子の光軸方向の光は、光伝送路１３の端面１４で水平方向に向きを変えられて光伝送路１３を伝播する。
発光素子１１及び光伝送路付基板１２には、それぞれ第１の光結合用導波構造１及び第２の光結合用導波構造２が形成されており、本実施形態の光結合器１０は、第１の光結合用導波構造１と第２の光結合用導波構造２とから構成されている。

第１の光結合用導波構造１と第２の光結合用導波構造２は、図１（ａ）に示す発光素子１１と光伝送路１３とが光結合される前に、それぞれ発光素子１１と光伝送路付基板１２に事前に装着されている。すなわち、第１の光結合用導波構造１は発光素子１１に個別に装着されており、第２の光結合用導波構造２も光伝送路付基板１２に個別に装着されている。

上記の通り、第１の光結合用導波構造１と第２の光結合用導波構造２とを、それぞれ個別に発光素子１１と光伝送路付基板１２に装着することから、発光素子１１と第１の光結合用導波構造１との位置決め、及び光伝送路１３と第２の光結合用導波構造２との位置決めが、ともに高精度でかつ容易に行うことが可能となる。

発光素子１１と光伝送路付基板１２にそれぞれ事前に装着された第１の光結合用導波構造１と第２の光結合用導波構造２とを、図１（ｂ）に示すように結合することにより、発光素子１１と光伝送路１３とが光学的に結合される。この結合では、第１の光結合用導波構造１と第２の光結合用導波構造２の位置決めだけでよく、高精度でかつ容易に該位置決めを行うことができる。

図１（ｂ）に示すように、第１の光結合用導波構造１と第２の光結合用導波構造２との結合部分は、封止樹脂１５で覆うようにしている。封止樹脂１５として、各光結合用導波構造のコア１ａ、２ａと同程度の屈折率を有する樹脂を用いるのがよい。これにより、第１の光結合用導波構造１と第２の光結合用導波構造２との結合面における結合効率の低下を回避することができる。

上記の通り、本実施形態の光結合器１０は、発光素子１１と光伝送路付基板１２に、それぞれ第１の光結合用導波構造１と第２の光結合用導波構造２を事前に装着させておくことにより、光結合時には第１の光結合用導波構造１と第２の光結合用導波構造２との位置決めのみを行えばよく、精度の高い位置決めを容易に実現することが可能となる。
また、第１の光結合用導波構造１と第２の光結合用導波構造２とはそれぞれ発光素子１１と光伝送路付基板１２に個別に装着されることから、それぞれの導波構造の長さを容易調整することができる。そこで、第１の光結合用導波構造１と第２の光結合用導波構造２のそれぞれの端部が光結合時にそれぞれ発光素子と光伝送路に接近するような長さに調整することで、高い結合効率が得られるようにすることも容易である。

また、前記第１の光結合用導波構造１及び第２の光結合用導波構造２がそれぞれ発光素子１１と光伝送路付基板１２に個別に装着されていることは、例えばウエハの状態や基板切り出し前の状態において一括して形成することができる。さらに導波構造形成後は前記光素子と前記伝送路付基板の実装のみで光伝送システムを実現できるため、通常の電子部品実装と同じプロセスとなることもあり、量産性に優れているという効果がある。

さらに、第１の光結合用導波構造１と第２の光結合用導波構造２とからなる光結合器１０に用いる材料としては、従来から導波構造に用いられているものと同様のものを用いることができ、材料の選択性にも優れているといった効果がある。
本発明の光結合器の第２の実施の形態を、図２を用いて以下に説明する。本実施例でも、発光素子１１を光伝送路付基板１２に実装する例を示しているが、受光素子等の他の光素子を実装する場合であっても同様である。本実施形態の光結合器２０は、発光素子１１と光伝送路付基板１２のそれぞれに第１の光結合用導波構造１と第２の光結合用導波構造２のそれぞれのクラッド１ｂ，２ｂのみを事前に装着させるようにしている。

図２(a)上段に示すように、未硬化のクラッド材２２を発光素子１１の光軸方向に充填し、コア１ａの形状を有する型材２１でクラッド１ｂの形状を形成した後、クラッド材２２を硬化させる（図２(a)下段）。本実施形態では、発光素子１１と第１の光結合用導波構造１との位置決めは、クラッド１ｂにコア１ａの形状を形成する際に、型材２１と発光素子１１との位置決めで行うことができる。

クラッド１ｂを発光素子１１に形成するのと同様にして、クラッド２ｂを光伝送路付基板１２に形成する。この場合も、光伝送路付基板１２に備えられた光伝送路１３と第２の光結合用導波構造２との位置決めは、クラッド２ｂにコア２ａの形状を形成する際に、コア２ａの形状を有する別の型材と光伝送路１３との位置決めで行うことができる。

本実施形態では、第１の光結合用導波構造１及び第２の光結合用導波構造２のそれぞれのコア１ａ，２ａは、発光素子１１を光伝送路１２に実装するとき、もしくは実装後に形成される。図２（ｂ）に示すように、発光素子１１に形成されたクラッド１ｂと光伝送路付基板１２に形成されたクラッド２ｂとの位置決めを行い、その後コア形状に形成された部分にコア材を充填する。これにより、第１の光結合用導波構造１及び第２の光結合用導波構造２のそれぞれのコア１ａ，２ａが一体に形成される。

上記の通り、コア１ａ，２ａを一体に形成することから、コア１ａと２ａとの間には界面が形成されず、高い結合効率及び高い伝送品質を実現することができる。また、前記コア材は、発光素子１１と光伝送路１２との結合部を封止する封止樹脂として用いることができ、コア１ａと２ａの形成と前記結合部の封止を一体に行うことが可能となる。これにより、発光素子１１の光伝送路付基板１２への実装プロセスが簡便化される。

本発明の光結合器の第３の実施の形態を、図３を用いて以下に説明する。本実施例でも、発光素子１１を光伝送路付基板１２に実装する例を示しているが、受光素子等の他の光素子を実装する場合であっても同様である。

本実施形態の光結合器３０は、発光素子１１の光軸方向に未硬化のクラッド材を充填する前に、コア１ａの形状を有する型材３１と発光素子１１との位置決めを行う（図３（a））。その後前記クラッド材を型材３１の周りに充填し、これを硬化してクラッド１ｂを形成する。

クラッド１ｂを発光素子１１に形成するのと同様にして、クラッド２ｂを光伝送路付基板１２に形成する。この場合も、光伝送路付基板１２に備えられた光伝送路１３と第２の光結合用導波構造２との位置決めは、コア２ａの形状を有する別の型材と光伝送路１３との位置決めで行うことができる。

クラッド１ｂ、２ｂが、それぞれ発光素子１１と光伝送路１２に形成された後は、第２の実施形態と同様にコア剤を充填してコア１ａ，２ａを形成することで、発光素子１１と光伝送路１２とを光結合させることができる（図３（b））。
本発明の光結合器の第４の実施の形態を、図４を用いて以下に説明する。本実施例でも、発光素子１１を光伝送路付基板１２に実装する例を示しているが、受光素子等の他の光素子を実装する場合であっても同様である。本実施形態の光結合器４０は、発光素子１１と光伝送路付基板１２のそれぞれに、略凸形状のコア１ａ，２ａを有する第１の光結合用導波構造１と第２の光結合用導波構造２を事前に装着させるようにしている。

図４（a）に示すように、未硬化のクラッド材を発光素子１１の光軸方向に充填し、略凸形状を有する硬化済みのコア１ａをクラッド１ｂに挿入した後、前記クラッド材を硬化させる。本実施形態では、発光素子１１と第１の光結合用導波構造１との位置決めは、コア１ａをクラッド１ｂに挿入する際に行うことができる。
同様にして、クラッド２ｂに略凸形状を有するコア２ａを挿入して硬化することで、光伝送路付基板１２に第２の光結合用導波構造２を形成することができる。また、光伝送路付基板１２に備えられた光伝送路１３と第２の光結合用導波構造２との位置決めは、コア２ａをクラッド２ｂに挿入する際に行うことができる。

発光素子１１と光伝送路１３との光結合は、略凸形状のコア１ａ、コア２ａの端部を位置決めして行うことができる（図４（ｂ））。コア１ａ、コア２ａの前記端部は、略凸形状の幅広となっている底部であって、それぞれクラッド１ｂ、２ｂの外部に位置している。そのため、前記２つの端部を容易に位置決めすることができる。

コア１ａ、コア２ａの前記端部は、クラッド１ｂ、２ｂで覆われていないことから、前記端部の厚みをできるだけ小さくするのが好ましい。これにより、コア１ａ、コア２ａの前記端部での結合効率の低下を回避することが可能となる。上記の通り形成された第１の光結合用導波構造１と第２の光結合用導波構造２との結合部は、封止樹脂１５で封止されて固定化される。

本発明の光結合器の第５の実施の形態を、図５を用いて以下に説明する。本実施例でも、発光素子１１を光伝送路付基板１２に実装する例を示しているが、受光素子等の他の光素子を実装する場合であっても同様である。本実施形態の光結合器５０は、発光素子１１と光伝送路付基板１２のそれぞれに、コア１ａ，２ａを形成した後にクラッド１ｂ、２ｂを形成し、その前記クラッド１ｂ、２ｂの界面にて光結合させるようにしている。
発光素子１１の光軸方向に未硬化のコア材５１を充填し、クラッド１ｂの形状を有する型材５２でコア１ａの形状を形成した後、コア材５１を硬化させる（図５(a)下段）。本実施形態では、発光素子１１と第１の光結合用導波構造１との位置決めは、コア１ａにクラッド１ｂの形状を形成する際に、型材５２と発光素子１１との位置決めで行うことができる。その後、クラッド１ｂを形成する。

コア１ａ及びクラッド１ｂを発光素子１１に形成するのと同様にして、コア２ａ及びクラッド２ｂを光伝送路付基板１２に形成する。この場合も、光伝送路付基板１２に備えられた光伝送路１３と第２の光結合用導波構造２との位置決めは、クラッド２ｂの形状を有する別の型材と光伝送路１３との位置決めで行うことができる。
発光素子１１と光伝送路１３との光結合は、コア１ａとコア２ａの端部を位置決めして、クラッド１ｂとクラッド２ｂの接合にて行うことができる（図５（ｂ））。前記接合部からコア１ａ、コア２ａまでの距離は導波構造ではないことから、この距離の厚さはできるだけ小さくするのが好ましい。これにより、コア１ａ、コア２ａの前記端部での結合効率の低下を回避することが可能となる。上記の通り形成された第１の光結合用導波構造１と第２の光結合用導波構造２との結合部は、封止樹脂１５で封止されて固定化される。

本発明の光結合器の第６の実施の形態を、図６を用いて以下に説明する。本実施例でも、発光素子１１を光伝送路付基板１２に実装する例を示しているが、受光素子等の他の光素子を実装する場合であっても同様である。本実施形態の光結合器６０は、硬化開始点と屈折率の異なる２種類の樹脂の混合材料６１を用いて形成される。

発光素子１１の光軸方向に硬化開始点と屈折率の異なる２種類の樹脂の混合材料６１を充填し、発光素子の光の経路をコア１ａとして光６２で硬化した後、未硬化の材料を光６２と異なる特性の光６３にてクラッド１ｂとして硬化する（図６（ａ））。光６２が発光素子からの光と同じ特性の場合には、発光素子からの光でコア１ａを形成することもできる。このコア１ａとクラッド１ｂは屈折率が異なるため、導波構造が形成される。

コア１ａ及びクラッド１ｂを発光素子１１に形成するのと同様にして、コア２ａ及びクラッド２ｂを光伝送路付基板１２に形成する。この場合、コア２ａを形成する光６２は光伝送路１３を伝播させて照射させてもよい。

発光素子１１と光伝送路１３との光結合は、コア１ａとコア２ａの端部を位置決めして行うことができる（図６（ｂ））。上記の通り形成された第１の光結合用導波構造１と第２の光結合用導波構造２との結合部は、封止樹脂１５で封止されて固定化される。
本発明の光結合器の第７の実施の形態を、図７を用いて以下に説明する。本実施形態の光結合器７０は、発光素子１１に装着された第１の光結合用導波構造１のコア１ａの径が、光伝送路付基板１２に装着された第２の光結合用導波構造２のコア２ａの径よりも小さく形成されている。

上記のように発光側（出力側）である第１の光結合用導波構造１のコア径を受光側（入力側）である第２の光結合用導波構造２のコア径よりも小さくすることにより、第１の光結合用導波構造１と第２の光結合用導波構造２との位置決めを高精度に行わなくても、高い結合効率を確保することができる。

発光素子１１に代えて受光素子８１を光伝送路付基板１２に実装する場合も同様に行うことができる。図８は、受光素子８１を光伝送路付基板１２に実装する実施例を示す模式図である。同図において、出力側である第２の光結合用導波構造２のコア径を入力側である第１の光結合用導波構造１のコア径よりも小さくしている。これにより、第１の光結合用導波構造１と第２の光結合用導波構造２との位置決めを高精度に行わなくても、高い結合効率を確保することができる。

本発明の光結合器の第８の実施の形態を、図９を用いて以下に説明する。本実施例では、受光素子８１を光伝送路付基板１２に実装する例を示しているが、発光素子等の他の光素子を実装する場合であっても同様である。本実施形態の光結合器９０は、前記第７の実施形態とは逆に、入力側の受光素子８１に装着された第１の光結合用導波構造１のコア１ａの径が、出力側の光伝送路１２に装着された第２の光結合用導波構造２のコア２ａの径よりも小さく形成されている。

出力側のコア径（図９ではコア２ａ）を例えば４０〜５０μｍと比較的大きくした場合には、コア２ａの伝播中にマルチモード光となってしまう。そこで、本実施形態のように入力側のコア径を出力側のコア径よりも小さくすることにより、高周波成分を除去して必要なモード光だけに絞って入力側（図９ではコア１ａ）に取り込むようにすることができ、高品質の光伝播を実現することができる。

本発明の光結合器の第９の実施の形態を、図１０を用いて以下に説明する。本実施例でも、発光素子１１を光伝送路付基板１２に実装する例を示しているが、受光素子等の他の光素子を実装する場合であっても同様である。

本実施形態の光結合器１００は、発光素子１１に装着された第１の光結合用導波構造１において、コア１ａの発光素子１１に近接する端部７１がレンズ形状に形成されている。同様にして、光伝送路付基板１２に装着された第２の光結合用導波構造２において、コア２ａの光伝送路１３に近接する端部７２がレンズ形状に形成されている。

上記の通り、コア１ａの発光素子１１に近接する端部７１及びコア２ａの光伝送路１２に近接する端部７２をそれぞれレンズ形状に形成することにより、端部７１及び端部７２でレンズ効果を実現することができる。一例として、図１０（ｂ）に示すように、端部７２ではコア２ａから出力される光を絞って端面１４に到達させるようにすることができ、結合効率を高めることができる。

本発明の光結合器の第１０の実施の形態を、図１１を用いて以下に説明する。本実施形態の光結合器１１０は、光伝送路付基板１２に装着された第２の光結合用導波構造２のコア２ａの出口側が２つに分岐されている。すなわち、第２の光結合用導波構造２は分波用導波回路を形成している。

本実施形態の光結合器１１０のように、第１の光結合用導波構造１または第２の光結合用導波構造２で分波用導波回路を形成することにより、モジュールとして高密度な導波回路の特徴をもった構造を作製することが可能となる。図１１では、２つに分岐された第２の光結合用導波構造２の例を示したが、さらに分岐数を増やすことで、より高密度な導波回路を形成することも可能である。

なお、本実施の形態における記述は、本発明に係る光結合器の一例を示すものであり、これに限定されるものではない。本実施の形態における光結合器の細部構成及び詳細な動作等に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

図１は、発光素子と光伝送路とを光結合させる本発明の第１の実施形態を示す模式図である。（a）は発光素子を光伝送路付基板に実装する前の状態を、（ｂ）は実装した後の状態をそれぞれ示している。 図２は、本発明の光結合器の第２の実施の形態を示す模式図である。（a）は光伝送路付基板に実装する前の発光素子の状態を、（ｂ）は実装した後の状態をそれぞれ示している。 図３は、本発明の光結合器の第３の実施の形態を示す模式図である。（a）は光伝送路付基板に実装する前の発光素子の状態を、（ｂ）は実装した後の状態をそれぞれ示している。 図４は、本発明の光結合器の第４の実施の形態を示す模式図である。（a）は光伝送路付基板に実装する前の発光素子の状態を、（ｂ）は実装した後の状態をそれぞれ示している。 図５は、本発明の光結合器の第５の実施の形態を示す模式図である。（a）は光伝送路付基板に実装する前の発光素子の状態を、（ｂ）は実装した後の状態をそれぞれ示している。 図６は、本発明の光結合器の第６の実施の形態を示す模式図である。（a）は光伝送路付基板に実装する前の発光素子の状態を、（ｂ）は実装した後の状態をそれぞれ示している。 図７は、本発明の光結合器の第７の実施の形態を示す模式図である。 図８は、本発明の光結合器の第７の実施の形態を示す模式図である。 図９は、本発明の光結合器の第８の実施の形態を示す模式図である。 図１０は、本発明の光結合器の第９の実施の形態を示す模式図である。 図１１は、本発明の光結合器の第１０の実施の形態を示す模式図である。 図１２は、従来のレンズ型の光結合手段の代表例を示す模式図である。 図１３は、従来の伝送路型の光結合手段の例を示す模式図である。 図１４は、従来の伝送路型の光結合手段の別の例を示す模式図である。

符号の説明

１・・・第１の光結合用導波構造
２・・・第２の光結合用導波構造
１ａ、２ａ・・・コア
１ｂ、２ｂ・・・クラッド
１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、１１０・・・光結合器
１１・・・発光素子
１２・・・光伝送路付基板
１３・・・光伝送路
１４・・・端面
１５・・・封止樹脂
２１・・・型材
２２・・・クラッド材
３１・・・型材
５１・・・コア材
５２・・・型材
６１・・・樹脂混合剤
６２・・・光
６３・・・光
７１、７２・・・端部
８１・・・受光素子
１０１・・・発光素子
１０２・・・光伝送路
１０３，１０４・・・マイクロレンズ
１０５・・・端面
１２１・・・光ピン
１３１・・・導波用シート
１３２・・・導波構造

Claims (7)

1. 基板と光伝送路とを備えた光伝送路付基板に光素子を光結合させるための光結合器であって、
   前記光伝送路の光軸と直交する光軸を有する第１の光結合用導波構造を備え
   前記第１の光結合用導波構造の一部または全部が前記光素子に装着されている
   ことを特徴とする光結合器。
2. 前記光伝送路の光軸と直交する光軸を有する第２の光結合用導波構造をさらに備え
   前記第２の光結合用導波構造の一部または全部が前記光伝送路付基板に装着されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の光結合器。
3. 前記第１の光結合用導波構造及び前記第２の光結合用導波構造は、クラッドのみがそれぞれ前記光素子及び前記光伝送路付基板に装着されており、
   前記第１の光結合用導波構造及び前記第２の光結合用導波構造のコアは一体に形成されている
   ことを特徴とする請求項２に記載の光結合器。
4. 光出力側の前記第１の光結合用導波構造または前記第２の光結合用導波構造のコア径が、光入力側の前記第２の光結合用導波構造または前記第１の光結合用導波構造のコア径よりも小さい
   ことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の光結合器。
5. 光出力側の前記第１の光結合用導波構造または前記第２の光結合用導波構造のコア径が、光入力側の前記第２の光結合用導波構造または前記第１の光結合用導波構造のコア径よりも大きい
   ことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の光結合器。
6. 光出力側の前記第１の光結合用導波構造または前記第２の光結合用導波構造の入力端がレンズ形状を有している
   ことを特徴とする請求項２から請求項５のいずれか１項に記載の光結合器。
7. 光入力側の前記第１の光結合用導波構造または前記第２の光結合用導波構造の出力端がレンズ形状を有している
   ことを特徴とする請求項２から請求項５のいずれか１項に記載の光結合器。

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