JP2008020721A - Parallel optical transmitter-receiver - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、並列光送受信装置に係わり、特に、光インターコネクションに好適に用いることができるとともに、小型化と低コスト化を可能とした並列光送受信装置に関する。 The present invention relates to a parallel optical transmission / reception apparatus, and more particularly to a parallel optical transmission / reception apparatus that can be suitably used for optical interconnection and that can be reduced in size and cost.
従来、装置間や装置内における光インターコネクションの要素技術の一つとして、例えば比較的近距離の信号伝送をマルチモード・リボン光ファイバと並列送信/受信装置とによって構成する並列光リンクがある。 2. Description of the Related Art Conventionally, as one of the elemental technologies of optical interconnection between devices and within devices, for example, there is a parallel optical link in which signal transmission at a relatively short distance is configured by a multimode ribbon optical fiber and a parallel transmission / reception device.
この種の並列光リンクは、送信装置から受信装置への一対一の伝送を複数並列化することで大容量光通信を実現する手段であり、一般的に、上りと下りのそれぞれの信号伝送に異なるファイバを使用する単方向伝送である。もし、この並列光リンクに1芯双方向の伝送技術を組み合わせて、それぞれのファイバで双方向伝送を行う並列光送受信モジュールを実現することができるならば、信号伝送の更なる大容量化が期待できる。 This type of parallel optical link is a means for realizing large-capacity optical communication by parallelizing a plurality of one-to-one transmissions from a transmission device to a reception device. Unidirectional transmission using different fibers. If this parallel optical link can be combined with a one-core bidirectional transmission technology to realize a parallel optical transceiver module that performs bidirectional transmission on each fiber, further increase in signal transmission capacity is expected. it can.
しかしながら、1芯双方向通信に使用される従来の光送受信モジュールの構造においては、通常、Y分岐光導波路の分岐部に誘電体多層膜からなる波長選択フィルタが配置されており、フォトダイオードとレーザダイオードは、光学フィルタを介して対向して配置されるようになっている。そのため、フォトダイオードとレーザダイオードを接近させて配置した場合は、漏れ光によりクロストークが顕著となる。その結果、モジュールの小型化を図ることが困難となり、1芯双方向リンクを並列化するのには解決すべき課題が多い。 However, in the structure of a conventional optical transceiver module used for single-core bidirectional communication, a wavelength selective filter made of a dielectric multilayer film is usually arranged at the branch portion of the Y-branch optical waveguide. The diodes are arranged to face each other through an optical filter. Therefore, when the photodiode and the laser diode are arranged close to each other, crosstalk becomes remarkable due to leakage light. As a result, it is difficult to reduce the size of the module, and there are many problems to be solved in order to parallelize the single-core bidirectional link.
こうした不具合を解消するものとして、例えば通信分野で使用されるパラレル光送受信モジュールが提案されている(例えば、特許文献1参照。)。この特許文献1に記載されたパラレル光送受信モジュールは、基板上に光伝送路の間隔が増大する複数本の光伝送路を設けている。その光伝送路始端の狭隔部には、光コネクタが対向して設けられている。光伝送路の途中には、波長選択フィルタが設けられており、その波長選択フィルタの上方に受光素子が実装されている。一方、光伝送路のピッチ拡大部終端には、個別の端面発光型レーザが設けられている。この従来のパラレル光送受信モジュールによると、受信光を波長選択フィルタにより斜め上に反射して受光素子に入射させることで、モジュールの小型化を実現している。 In order to solve such a problem, for example, a parallel optical transceiver module used in the communication field has been proposed (see, for example, Patent Document 1). The parallel optical transmission / reception module described in Patent Document 1 has a plurality of optical transmission paths in which the interval between the optical transmission paths is increased on a substrate. An optical connector is provided facing the narrow space at the beginning of the optical transmission path. A wavelength selection filter is provided in the middle of the optical transmission line, and a light receiving element is mounted above the wavelength selection filter. On the other hand, an individual edge-emitting laser is provided at the end of the pitch expansion portion of the optical transmission line. According to this conventional parallel light transmission / reception module, the received light is reflected obliquely upward by the wavelength selection filter and is incident on the light receiving element, thereby realizing miniaturization of the module.
光送受信モジュールの他の一例として、例えば特許文献2に記載されたパラレル光トランシーバは、基板上に互いに平行に設けられた複数本の光伝送路と、これらの光伝送路に設けられた光軸変換ミラーと、基板に対して直交する下方向から光軸変換ミラーに臨ませた複数の発光素子と、複数の光伝送路を横断して挿入固定され基板に対して傾斜した多層膜フィルタと、基板に対して直交する下方向から多層膜フィルタに臨ませた複数の受光素子とを備えている。基板上には、互いに平行な複数のV溝が設けられており、そのV溝内に嵌め込まれたファイバと光伝送路とが光結合されている。この従来のパラレル光トランシーバによると、発光素子と受光素子とを基板に対して直交する下部に配することで、小型化したパラレル光トランシーバが得られるとしている。
ところで、並列光リンク用の光源としては、直接変調性、低消費電力、2次元アレイ構造が可能であることなどの観点から,発光部にVCSEL(面型の発光素子)を使用することが好適である。また、光伝送路を、マルチモードに対応したコア径の形成が容易な高分子材料により作製することで経済性の向上が期待できる。 By the way, as a light source for a parallel optical link, it is preferable to use a VCSEL (planar light emitting element) in the light emitting unit from the viewpoint of enabling direct modulation, low power consumption, and a two-dimensional array structure. It is. In addition, it is expected that the optical transmission line is made of a polymer material that can easily form a core diameter corresponding to the multimode, and thus the economic efficiency can be expected.
しかしながら、上記特許文献1に記載されたパラレル光送受信モジュールは、既述したように基板上に光導波路を直接形成した構成となっている。このため、この従来のパラレル光送受信モジュールの構成では、面型の受発光素子と光導波路との光結合にしばしば用いられる45度傾斜面による光路変更の手法は適応できない。仮に、面型の発光素子を使用しようとすると、素子の垂直実装やマイクロミラー等の光路変換用の部材を設けることなどが必要となり、実装構造が複雑化するとともに、製作コストが高騰するという問題があった。 However, the parallel optical transceiver module described in Patent Document 1 has a configuration in which an optical waveguide is directly formed on a substrate as described above. For this reason, in the configuration of this conventional parallel optical transceiver module, the method of changing the optical path using a 45-degree inclined surface, which is often used for optical coupling between the planar light emitting / receiving element and the optical waveguide, cannot be applied. If an attempt is made to use a surface-type light emitting element, it is necessary to provide a vertical mounting element, a member for changing the optical path such as a micromirror, etc., which complicates the mounting structure and raises the manufacturing cost. was there.
また、受光素子は、波長選択フィルタに対向して光伝送路の直上に設置されており、受光素子と発光素子のモジュール内での位置関係の自由度が低いという問題があった。また仮に、光伝送路を高分子材料により作製した場合は、光導波路の直上に受光素子を実装してワイヤボンディングを行うと、超音波や圧力の影響で高分子光導波路を破壊してしまうという懸念があり、不安定な実装工程にならざるを得ないという不具合があった。このように、この従来のパラレル送受信モジュールの構成では、通信分野と比較して低コスト化が要求される光インターコネクション用の送受信モジュールとして適用することは、不向きである。 In addition, the light receiving element is disposed immediately above the optical transmission line so as to face the wavelength selection filter, and there is a problem that the degree of freedom of the positional relationship between the light receiving element and the light emitting element in the module is low. Also, if the optical transmission path is made of a polymer material, mounting the light receiving element directly on the optical waveguide and performing wire bonding will destroy the polymer optical waveguide due to the influence of ultrasonic waves and pressure. There was a problem that there was a concern and there was no choice but an unstable mounting process. As described above, the configuration of this conventional parallel transmission / reception module is unsuitable for application as a transmission / reception module for optical interconnection, which requires cost reduction compared to the communication field.
一方、上記特許文献2に記載されたパラレル光トランシーバにあっても、複数の受発光素子をそれぞれの光伝送路に対して光結合するように実装することから、生産性が低くなり、実装コストが嵩むという問題があった。また、この従来のパラレル光トランシーバでは、基板上に形成されたV溝構造によりファイバと光伝送路との結合を行っていることから、マイクロミラーや多層膜フィルタによる光路変更手段と受発光素子との間の距離は、200μm以上であると考えられる。そのため、効率の良い光結合を達成するには、マイクロレンズなどの集光機能の設置が不可欠であると推察され、部品点数と実装行程の増加と相まって、作製コストが高騰するという問題を有している。従って、この従来のパラレル光トランシーバにあっても、上記特許文献1のパラレル送受信モジュールと同様に、光インターコネクション用の送受信モジュールと比較して、作製コスト等が増加するという経済的な課題が残っており、経済的な並列送受信モジュールの実現には課題が多い。
On the other hand, even in the parallel optical transceiver described in
本発明は、上記従来の課題を解消するためになされたものであり、簡易な部品構成と実装形態により面型発光素子及び高分子光導波路に対応可能とし、更には小型化と薄型化とを達成することが可能であり、それと同時に、高い伝送容量と低コスト化を両立した並列光送受信装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and can be applied to a surface light-emitting element and a polymer optical waveguide with a simple component configuration and mounting form, and can be further reduced in size and thickness. An object of the present invention is to provide a parallel optical transmission / reception apparatus that can achieve this and at the same time achieve both high transmission capacity and low cost.
本発明は、受発光面の法線方向を一致させた面型発光素子アレイ及び面型受光素子アレイと、前記受発光面と平行に複数本の光導波路コアが延伸し、前記光導波路コアの長手方向の一端部に45度傾斜面を有するマルチモード光導波路と、前記マルチモード光導波路の中間部に、所定の角度で配された波長選択フィルタとを備え、前記面型発光素子アレイ及び前記面型受光素子アレイのいずれか一方が、前記波長選択フィルタを介して前記マルチモード光導波路と光学的に結合され、前記面型受光素子アレイ及び前記面型発光素子アレイのいずれか他方が、前記光導波路コア端部の45度傾斜面を介して前記マルチモード光導波路と光学的に結合され、前記面型受光素子アレイ及び前記面型発光素子アレイの実装面と平行に信号光を入出射してなることを特徴とする並列光送受信装置にある。 The present invention relates to a surface light emitting element array and a surface light receiving element array in which the normal directions of the light receiving and emitting surfaces are matched, and a plurality of optical waveguide cores extending in parallel to the light receiving and emitting surfaces, A multi-mode optical waveguide having a 45-degree inclined surface at one end in the longitudinal direction; and a wavelength selection filter disposed at a predetermined angle at an intermediate portion of the multi-mode optical waveguide, Either one of the surface light receiving element array is optically coupled to the multimode optical waveguide through the wavelength selection filter, and one of the surface light receiving element array and the surface light emitting element array is Optically coupled to the multimode optical waveguide via a 45 ° inclined surface at the end of the optical waveguide core, and receives and emits signal light in parallel with the mounting surface of the planar light receiving element array and the planar light emitting element array. It made it a parallel optical transceiver apparatus according to claim.
上記構成によると、マルチモード光導波路と面型発光素子アレイ及び面型受光素子アレイの受発光面との間に基板を介在させることなく、面型発光素子アレイ及び面型受光素子アレイの受発光面を光導波路コアの直下に配することができるようになる。簡易な部品構成であり、構造を簡略化することができるとともに、小型化と薄型化とを達成することができる。それに加えて、低コスト化を達成することが可能となり、低損失で高効率の伝送容量を得ることが可能となる。 According to the above configuration, the light emitting / receiving of the surface light emitting element array and the surface light receiving element array without interposing the substrate between the multimode optical waveguide and the light emitting / receiving surfaces of the surface light emitting element array and the surface light receiving element array. The surface can be arranged directly under the optical waveguide core. It is a simple component configuration, and the structure can be simplified, and a reduction in size and thickness can be achieved. In addition, cost reduction can be achieved, and high-efficiency transmission capacity with low loss can be obtained.
本発明の好適な一例としては、前記マルチモード光導波路が、前記光導波路コアと該光導波路コアを取り囲むように形成されたクラッドとにより構成され、前記面型受光素子アレイが、前記波長選択フィルタを介して前記マルチモード光導波路と光学的に結合され、前記面型発光素子アレイが、前記光導波路コア端部の45度傾斜面及び前記クラッドを介して前記マルチモード光導波路と光学的に結合され、前記面型発光素子アレイから出射される信号光の波長におけるNA0.2の光に対する前記波長選択フィルタの透過率が、10%以上であり、送受信装置に入射される信号光の波長におけるNA0.2の光に対する前記波長選択フィルタの透過率が、30%以下であることが好適である。
As a preferred example of the present invention, the multi-mode optical waveguide is constituted by the optical waveguide core and a clad formed so as to surround the optical waveguide core, and the planar light receiving element array includes the wavelength selective filter. And is optically coupled to the multimode optical waveguide via the 45-degree inclined surface at the end of the optical waveguide core and the clad. And the transmittance of the wavelength selection filter for light of NA 0.2 at the wavelength of the signal light emitted from the surface light emitting element array is 10% or more, and
本発明の好適な他の一例としては、前記マルチモード光導波路が、前記光導波路コアと該光導波路コアを取り囲むように形成されたクラッドとにより構成され、前記面型発光素子アレイが、前記波長選択フィルタを介して前記マルチモード光導波路と光学的に結合され、前記面型受光素子アレイが、前記光導波路コア端部の45度傾斜面及び前記クラッドを介して前記マルチモード光導波路と光学的に結合され、前記面型発光素子アレイから出射される信号光の波長におけるNA0.2の光に対する前記波長選択フィルタの透過率が、90%以下であり、送受信装置に入射される信号光の波長におけるNA0.2の光に対する前記波長選択フィルタの透過率が、70%以上であることが好適である。 As another preferred example of the present invention, the multimode optical waveguide is configured by the optical waveguide core and a clad formed so as to surround the optical waveguide core, and the surface light emitting element array has the wavelength Optically coupled to the multimode optical waveguide through a selection filter, and the planar light receiving element array is optically coupled to the multimode optical waveguide through a 45-degree inclined surface at the end of the optical waveguide core and the cladding. The transmittance of the wavelength selection filter with respect to the light of NA 0.2 at the wavelength of the signal light emitted from the surface light emitting element array is 90% or less, and the wavelength of the signal light incident on the transmission / reception device It is preferable that the transmittance of the wavelength selective filter with respect to the light having NA of 0.2 is 70% or more.
本発明にあっては、前記波長選択フィルタの傾斜角は、45度であることが好ましい。 In the present invention, the inclination angle of the wavelength selection filter is preferably 45 degrees.
また本発明にあっては、前記光導波路コア端部の45度傾斜面に金属薄膜又は誘電体多層膜による反射ミラーを配することができる。 In the present invention, a reflecting mirror made of a metal thin film or a dielectric multilayer film can be disposed on the 45 ° inclined surface of the end portion of the optical waveguide core.
また本発明によると、前記マルチモード光導波路は、前記受発光面に対して傾斜した傾斜面を有しており、前記波長選択フィルタを前記傾斜面に直接形成することができる。 According to the invention, the multimode optical waveguide has an inclined surface inclined with respect to the light emitting / receiving surface, and the wavelength selective filter can be directly formed on the inclined surface.
また本発明では、前記波長選択フィルタ又は/及び前記光導波路コア端部の45度傾斜面により前記光導波路コアの延伸方向と垂直な方向に入出射する信号光の光路上にマイクロレンズを設けることができる。 In the present invention, a microlens is provided on the optical path of the signal light entering / exiting in the direction perpendicular to the extending direction of the optical waveguide core by the wavelength selection filter and / or the 45-degree inclined surface at the end of the optical waveguide core. Can do.
更に本発明にあっては、前記マルチモード光導波路が、高分子光導波路であることが好ましい。 Furthermore, in the present invention, the multimode optical waveguide is preferably a polymer optical waveguide.
本発明は、簡易な部品構成と簡略化した構造とを備えることで、面型受発光素子アレイの平面実装が容易な光インターコネクション用光導波路フィルム及び並列光送受信装置を得ることができる。 According to the present invention, by providing a simple component configuration and a simplified structure, an optical interconnection optical waveguide film and a parallel optical transmission / reception device in which a planar mounting of a surface light emitting / receiving element array can be easily obtained.
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて具体的に説明する。 Preferred embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the accompanying drawings.
[第1の実施の形態]
(光導波路の構成と合分波構造)
図1は、本発明における第1の実施の形態である並列光送受信装置に使用可能な光導波路の一構成例を模式的に示しており、図1(a)は、信号光の分合波と受発光素子との光接合を担う高分子光導波路フィルムの一構成例を模式的に示す斜視図、図1(b)は、図1(a)のI線矢視部に相当する部位からみた側面図である。
[First Embodiment]
(Configuration of optical waveguide and multiplexing / demultiplexing structure)
FIG. 1 schematically shows a configuration example of an optical waveguide that can be used in the parallel optical transceiver according to the first embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 1B is a perspective view schematically showing a configuration example of a polymer optical waveguide film that is responsible for optical bonding between a light emitting element and a light receiving and emitting element, and FIG. 1B is a view corresponding to the portion indicated by the arrow I in FIG. FIG.
これらの図において、符号10は、並列光送受信装置における高分子光導波路フィルムを示している。この高分子光導波路フィルム10の基本構成は、図1(a)及び(b)に示すように、下部クラッド11と、下部クラッド11上に平行に延在する4本の光導波路コア12,…,12と、光導波路コア12を取り囲むように覆う上部クラッド13とを備えている。高分子光導波路フィルム10の途中には、誘電体多層膜からなる波長選択フィルタ14が並列配置された光導波路コア12を横断するように直線状に一体形成されている。高分子光導波路フィルム10の光伝搬方向の終端面には、波長選択フィルタ14の傾斜面と同一方向に向けて下傾斜する45度傾斜面によるマイクロミラー15が設けられている。
In these figures, the code |
この高分子光導波路フィルム10の途中には、図1(b)に示すように、スリット16が平坦な下部クラッド11から光導波路コア12を介して上部クラッド13の下面に向けて形成されている。このスリット16としては、光導波路コア12に直交する垂直面と、光導波路コア12の主面に対して下傾斜した傾斜面とからなる楔状の切れ込み部により構成することができる。スリット16の傾斜面上に誘電体多層膜を直接積層することができる。これにより、部品点数を削減することができるとともに、実装コストを抑制することができる。
In the middle of the polymer
この波長選択フィルタ14の特性は、図1(b)に示すように、概ね45度で入射した2つの波長の信号光λ1、λ2を反射光λ1と透過光λ2に分離するものとして構成することができる。光導波路コア12内を伝搬する信号光λ2は、光導波路コア12の途中に設けられた波長選択フィルタ14に入射する。その信号光λ2は、波長選択フィルタ14を透過し、光導波路コア12の光伝搬方向の終端面に設けられたマイクロミラー15において伝搬方向を概ね垂直に変換され、下部クラッド11を通して光導波路コア面外方向へ出射されることとなる。一方、光導波路コア面外より概ね45度の角度で波長選択フィルタ14に入射した信号光λ1は、波長選択フィルタ14により概ね90度の光路変換を受けて、光導波路コア12内を伝搬する。その信号光λ1は、光導波路コア12のマイクロミラー15において伝搬方向を概ね垂直に変換され、下部クラッド11を通して光導波路コア面外方向へ出射されることとなる。
As shown in FIG. 1B, the
(波長選択フィルタの変形例)
図2は、波長選択フィルタにおける変形例をそれぞれ示している。図2(a)は、波長選択フィルタの一変形例を模式的に示す部分拡大図であり、図2(b)は、波長選択フィルタの他の変形例を模式的に示す部分拡大図である。なお、これらの図において上記第1の実施の形態と実質的に同じ部材には同一の部材名と符号を付している。
(Modification of wavelength selection filter)
FIG. 2 shows modifications of the wavelength selection filter. FIG. 2A is a partially enlarged view schematically showing a modification of the wavelength selective filter, and FIG. 2B is a partially enlarged view schematically showing another modified example of the wavelength selective filter. . In these drawings, the substantially same members as those in the first embodiment are denoted by the same member names and symbols.
図2(a)において、符号14は、高分子光導波路フィルムとは別体に形成された誘電体多層膜からなる波長選択フィルタを示している。高分子光導波路フィルム10の途中には、楔状のスリット16が設けられている。このスリット16の傾斜面には、波長選択フィルタ14が貼付固定されている。このスリット16は、刃先に傾斜角を有するダイシングブレードを用いたダイシングソーを光導波路フィルム10に対して垂直に押し当てて切削加工することにより形成することができる。スリット16の傾斜面に波長選択フィルタ14を貼付けることで、波長選択フィルタ14に入射する信号光の実効NAのばらつきを低減することができるようになり、合分波性能が安定したモジュールを生産することができる。
In FIG. 2A,
波長選択フィルタの他の変形例としては、図2(b)に示すように、楔状のスリット16に代えて、高分子光導波路フィルム10内に波長選択フィルタ14を接着固定することができる。高分子光導波路フィルム10の途中には、下部クラッド11の下面から光導波路コア12を介して上部クラッド13の下面に向けて上傾斜する断面矩形状のスリット17が形成されている。このスリット17内に、高分子光導波路フィルム10とは別体に形成された波長選択フィルタ14を接着剤を介して固着することができる。
As another modification of the wavelength selective filter, as shown in FIG. 2B, the wavelength
以上のように高分子光導波路フィルム10内に装着された波長選択フィルタ14の傾斜角は、任意の角度に設定することができる。この傾斜角が小さい程、分波性能が高くなり、傾斜角が45度に近づく程、分波性能は低下することとなる。ただし、その傾斜角が小さい場合には、波長選択フィルタ14及び受発光素子間の光路が長くなり、隣り合った光路とのクロストークが懸念される。また、垂直な光路変換ではない光結合は、3次元的な位置合わせが必要となる。このため、光量をモニタしながら実装するアクティブアライメントが必須となる。一方、波長選択フィルタ14の傾斜角を45度とした場合は、波長選択フィルタ14により反射された信号光は、最短距離で受発光素子と結合する。そのため、クロストークの影響は小さくなる。また、光導波路コア主面に対して垂直方向の光路変換となるように2次元的な位置合わせで光結合が可能となり、パッシブアライメントによる実装を行う場合は有利である。
As described above, the inclination angle of the
信号光に対する波長選択フィルタ14の傾斜角を45度とすることは、既述したように、実装の面からは有効であるが、分波性能は低下する。特に、信号光として使用する2波長の波長間隔が狭い場合には、高いアイソレーション効果を得ることが困難となる。ただし、良好な信号伝送のためには、受光素子に対する十分に大きな入射光量と発光素子に対する十分に小さな光量の迷光となることが肝要であり、100%反射、もしくは100%透過という高いアイソレーションを必ずしも必要としない。高いアイソレーションを必要としないということは、誘電体多層膜による波長選択フィルタ14の層数低減を可能とし、モジュールの低コスト化を達成することができるようになる。
Setting the inclination angle of the
良好な信号伝送を確立するうえで必要とする分波性能としては、波長選択フィルタ14に対向する素子が発光素子である場合は、モジュールへの入射信号光の波長における開口数NA0.2の光に対する波長選択フィルタ14の透過率は、70%以上であることが好ましい。より好ましくは90%以上であることが好適である。モジュールからの出射信号光の波長における開口数NA0.2の光に対する波長選択フィルタ14の透過率は、60%以上であることが好ましい。より好ましくは50%以上である。一方、波長選択フィルタ14に対向する素子が受光素子である場合は、モジュールへの入射信号光の波長における開口数NA0.2の光に対する波長選択フィルタ14の透過率が30%以下あることが好ましい。より好ましくは10%以下であることが有利である。モジュールからの出射信号光の波長における開口数NA0.2の光に対する波長選択フィルタ14の透過率は、40%以上であることが好ましい。より好ましくは50%以上である。
As the demultiplexing performance necessary for establishing good signal transmission, when the element facing the
図3は、高分子光導波路フィルムの端部を模式的に示す部分拡大図である。同図において、高分子光導波路フィルム10における光伝搬方向の端部下面には、光導波路コア12に対応して4個のマイクロレンズアレイ18が設けられている。このマイクロレンズアレイ18に代えて、シリンドリカルレンズであってもよい。これにより、受発光素子に対する集光性能を高めることができる。他の一例として、光路変換を行う光導波路コア端部の45度傾斜面15に金属薄膜からなる反射ミラーを形成することで、マイクロミラー面を保護することが可能である。更には、反射ミラーを誘電体多層膜によるミラーとすることで、光吸収がなく効率的に反射率を高めることができる。
FIG. 3 is a partially enlarged view schematically showing an end portion of the polymer optical waveguide film. In the drawing, four microlens arrays 18 are provided corresponding to the
本発明における高分子光導波路フィルム10としては、上記第1の実施の形態のごとく構成された高分子光導波路コア12の構造及び形状を満足するものであれば、素材及び加工方法などについては、特に限定されるものではないことは勿論である。樹脂材料により構成される高分子光導波路フィルム10をダイシングソーによって切削加工することで、低コストで作製が可能である。高分子光導波路フィルム10の作製方法としては、特に制限はなく、例えば一般によく用いられるフォトリソグラフィやRIE(反応性イオンエッチング)を利用した方法で作製可能である。特に、本出願人等が既に提案した特開2004−29507号公報等に記載されている鋳型を用いた作製工程により効率的に製造することができる。この製造方法を用いることで、剛体基板を用いることなく高分子光導波路フィルム10の作製が可能である。このため、その後のダイシングソーによる外郭形成と同時に、光学端面の形成が可能となる。
As the polymer
[第2の実施の形態]
(光送受信装置の構成)
図4(a)は、本発明における第2の実施の形態である並列光送受信装置の一構成例を模式的に示す上面図であり、図4(b)は、図4(a)の側面図である。図5は、並列光送受信装置の一構成部品であるサブマウント基板を模式的に示す斜視図である。
[Second Embodiment]
(Configuration of optical transceiver)
FIG. 4A is a top view schematically showing a configuration example of the parallel optical transceiver according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 4B is a side view of FIG. FIG. FIG. 5 is a perspective view schematically showing a submount substrate which is one component of the parallel optical transceiver.
図4において、符号20は、光インターコネクション用の並列光送受信装置を示している。この光送受信装置20の基本構成は、図4に示すように、平面実装型のセラミックパッケージ21と、ファイバアレイのアタッチメントからなる図示しないMTコネクタと、MTコネクタに2本のガイドピンを介して接続されるMT互換アダプタ22とを備えている。セラミックパッケージ21は、上面に開口する開口部を有する有底ケース体からなっている。この開口部の底面には、4チャンネル・アレイの面型発光素子30及び面型受光素子31と、口径が45μmの4本の光導波路コア12が250μmピッチで並んだ高分子光導波路フィルム10とが設けられている。
In FIG. 4, the code | symbol 20 has shown the parallel optical transmitter / receiver for optical interconnections. As shown in FIG. 4, the basic configuration of the optical transceiver 20 is connected to the MT connector (not shown) composed of a surface mount type
この第2の実施の形態では、4チャンネルの送受信装置を例示しているが、本発明は図示例に限定されるものではなく、例えばチャンネル数は任意に設定することができる。面型発光素子30としては、ガリウムヒ素系の垂直共振型面発光レーザダイオードやLEDなどを使用することができるが、その他の素子であってもよい。受光素子31としては、フォトダイオード、例えば高速なシリコン系、またはガリウムヒ素系のPINフォトダイオードやMSM(Metal Semiconductor Metal)型フォトダイオードを用いることができるが、その他の素子であってもよい。
In the second embodiment, a four-channel transmitting / receiving device is illustrated, but the present invention is not limited to the illustrated example, and for example, the number of channels can be arbitrarily set. As the surface
セラミックパッケージ21の内部に高分子光導波路フィルム10、二次元アレー化した面型発光素子30及び受光素子31を実装するためには、高分子光導波路フィルム10、面型発光素子30及び受光素子31をシリコンからなるサブマウント基板23に保持することが好適である。このサブマウント基板23の中間部には、図4及び図5に示すように、面型発光素子30を保持するための直線状の凹溝部23aが形成されている。その凹溝部23aは、両側壁面と平坦な底面とからなり、その底面には、電気配線24が形成されている。その電気配線24の一部には、十文字状をなす2個の面型発光素子位置決め用のアライメントマーク25,25が形成されている。サブマウント基板本体の一端部には、受光素子31を保持するための段差部23bが形成されている。この段差部23bは、サブマウント基板本体よりも薄肉に形成された階段状をなしており、その段差部23bの平面には、十文字状をなす2個の受光素子位置決め用のアライメントマーク26,26が形成されている。凹溝部23aの深さ寸法および段差部23bの高さ寸法は、サブマウント基板23の上面に接して取り付けられる高分子光導波路10の下面と受発光素子および受発光素子電極面に接続されるボンディングワイヤが干渉することのないように設定されている。
In order to mount the polymer
更にセラミックパッケージ21の内部には、図4に示すように、サブマウント基板23の先端寄りにボンディングワイヤを介して受光素子31と電気的に接続されるフォトダイオード用アンプ27が実装されている。セラミックパッケージ21におけるサブマウント基板23の周辺部には、複数の電極28,…,28を有しており、面型発光素子30、受光素子31及びフォトダイオード用アンプ27のそれぞれが、所定の電極28に配線されている。セラミックパッケージ21の内部に実装された各構成部品は、蓋体21aにより気密に封入されている。MTコネクタに2本のガイドピンを介して接続されるMT互換アダプタ22に高分子光導波路フィルム10の端部が嵌入固定されている。
Further, as shown in FIG. 4, a
面型発光素子30は、図4に示すように、高分子光導波路フィルム10の波長選択フィルタ14と垂直方向に対向して設置される。波長選択フィルタ面と面型発光素子30の発光面の空間には、屈折率が光導波路コア12と同程度である接着剤が介在されている。面型発光素子30を、透過率が0%でない波長選択フィルタ14と対向させることで、レーザ光の光量を安全基準内に抑えるように調整することができる。また、面型受光素子31を光導波路コア終端の45度傾斜面15と垂直方向に対向して設置することで、受光素子31の後端部近傍にフォトダイオード用アンプ27を配置することが可能となる。このことは、外部ノイズによる影響を抑えるうえで、極めて有効である。また、光導波路コア12の上面に波長選択フィルタ14と対向して面型受光素子31を配置することができる。この場合は、面型発光素子30の光量をモニタし、信号光出力を一定に保つことが可能となる。
As shown in FIG. 4, the surface
面型発光素子30と面型受光素子31は、パッシブアライメント用のアライメントマークもしくはセルフアライメント用の突き当てによる位置決め機構を有するサブマウント基板23により相互の位置を精密に調整して実装することができる。また、サブマウント基板23に電気配線24を施すことで、面型発光素子30からのボンディグワイヤが、高分子光導波路フィルム10と干渉することなく実装することができる。光送受信装置20では、面型受光素子31と面型発光素子30の受発光面の法線方向が同一方向に向くように配置することができる。これにより、素子を90度方向に立設する必要がなくなるため、同一のサブマウント基板23上への実装、あるいはセラミックパッケージ21の内部への実装が容易となり、実装コストを削減することができるようになる。
The surface light-emitting
高分子光導波路フィルム10は、面型受発光素子31,30間の光接続と、面型受発光素子31,30の電気結線とを考慮して設計される。この第2の実施の形態では、面型受発光素子31,30との光接続に関しては、面型受発光素子31,30及び光導波路コア12の45度傾斜面15間の距離を接近させることができる。マイクロレンズを介さない面型発光素子30からの出射光は、平行光ではなく、広がり角をもつことから、面型発光素子30の発光面と該発光面に接続される光導波路コア12との間の距離の増加に伴い、良好な光結合のために必要とされる実装位置の公差は厳しくなる。光導波路コア12と面型受光素子31との光結合に関しても同様であり、例えばNAが0.2である信号光が、光導波路コア12の45度傾斜面15による光路変換を受けて、有効受光径が70μmのフォトダイオードへ入射する場合は、実装公差を±10μm程度確保することが必要である。このために、光導波路コア12及びフォトダイオードの受光面間の距離を150μmよりも小さくする必要がある。光導波路コア12から面外方向へ出射される、もしくは光導波路コア面外方向から入射される信号光の光路となる光導波路コア12の表面にマイクロレンズを設けることにより、光結合時の実装トレランスの向上が可能になる。
The polymer
一方、面型受発光素子31,30の電気結線に関しては、面型受発光素子31,30の上方に接近して設置される高分子光導波路フィルム10が、図6(a)に示すように、面型受発光素子31,30の電極31a,30a面と干渉しないように配することができる。面型受発光素子31,30の受発光面31b,30b及び電極31a,30a間の間隔距離が小さい場合には、図6(b)に示すように、光導波路コア12の45度傾斜面15の下部を垂直に切り落とすことも有効である。この垂直面は、光導波路コア12にかからないようにすることが肝要である。
On the other hand, regarding the electrical connection of the planar light emitting / receiving
以下に、本発明の更に具体的な実施例について図1〜図7を参照しながら説明する。なお、図7は、波長選択フィルタの透過率特性を示すグラフであり、透過率(%)を縦軸として、波長帯域(nm)を横軸としてそれぞれ表している。また、このグラフは、入射光NA0.2、両面媒質n=1.5の波長選択フィルタに対して、s偏光・p偏光を45度で入射した場合の平均値をプロットしている。 Hereinafter, more specific embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 7 is a graph showing the transmittance characteristics of the wavelength selection filter, where the transmittance (%) is on the vertical axis and the wavelength band (nm) is on the horizontal axis. Further, this graph plots average values when s-polarized light and p-polarized light are incident at 45 degrees with respect to the wavelength selective filter of incident light NA 0.2 and double-sided medium n = 1.5.
コア材料及びクラッド材料としては、硬化時の屈折率のそれぞれが、1.53と1.51の紫外線硬化樹脂を使用した。また、フィルム基材としては、厚さ100μmのアートンフィルム(屈折率1.51)を使用した。そして、本出願人等が先に提案した上記特開2004−29507号公報等に記載されている鋳型を用いた作製工程により、断面形状が一辺45μmの正方形の光導波路コアが、250μmピッチで4本並列した厚さ290μmの高分子光導波路フィルムを作製した。 As the core material and the clad material, ultraviolet curable resins having a refractive index at the time of curing of 1.53 and 1.51 were used. In addition, an Arton film (refractive index of 1.51) having a thickness of 100 μm was used as the film substrate. The square optical waveguide core whose cross-sectional shape is 45 μm on a side is 45 μm in pitch by the manufacturing process using the mold described in the above Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-29507 previously proposed by the present applicants. A parallel polymer optical waveguide film having a thickness of 290 μm was produced.
次に、刃先に45度の傾斜角を有する厚さ300μmのダイシングブレードを用いて、切り込み量130μmのスリットを高分子光導波路フィルムの下面に形成した。次に、図7(a)に示す特性を有するポリイミドフィルム上に形成された波長選択フィルタを、高分子光導波路フィルムの下面に形成されたスリットの45度傾斜面に、コア形成用紫外線硬化樹脂と同様の樹脂を用いて接着固定した。 Next, a slit having a cutting depth of 130 μm was formed on the lower surface of the polymer optical waveguide film by using a 300 μm thick dicing blade having an inclination angle of 45 degrees at the cutting edge. Next, the wavelength selective filter formed on the polyimide film having the characteristics shown in FIG. 7A is placed on the 45-degree inclined surface of the slit formed on the lower surface of the polymer optical waveguide film, and the UV curable resin for core formation. The same resin was used for adhesion and fixation.
次に、上述と同様の45度の傾斜角を有するダイシングブレードと、刃先が90度であり、厚みが40μmであるダイシングブレードとを用いて、高分子光導波路フィルムの上面より外形形成を行い、長さ21mm、幅3mmの図1に示すような外郭形態を有する光導波路フィルムを作製した。次に、定法に従い、光導波路コア終端部の45度傾斜面に金を蒸着した。 Next, using a dicing blade having an inclination angle of 45 degrees as described above and a dicing blade having a cutting edge of 90 degrees and a thickness of 40 μm, the outer shape is formed from the upper surface of the polymer optical waveguide film, An optical waveguide film having an outer shape as shown in FIG. 1 having a length of 21 mm and a width of 3 mm was produced. Next, gold was vapor-deposited on the 45-degree inclined surface of the optical waveguide core end portion according to a conventional method.
以上のように作製された高分子光導波路フィルムの45度傾斜面と反対側の垂直端面に対して、NA0.2、コア径50μmのGI型マルチモードファイバが250μmピッチで4本並んだ光ファイバアレイを設置し、高分子光導波路フィルムのスリットに配された波長選択フィルタに対向させて、波長850nmの導波路アレイ(VCSEL)を設置したところ、光ファイバに対して、VCSELからの出射光が、損失3.5dB以下で光ファイバに到達した。次に、光ファイバからの波長815nmの光を光導波路アレイに入力し、波長選択フィルタからの反射光と、光導波路コア終端の45度傾斜面からの反射光の測定を行った。その反射光は、アパーチャを介したNA0.4のH−PCF(ハードプラスチッククラッドファイバ)により受光した。アパーチャの開口径は、波長選択フィルタと45度傾斜面について、それぞれ10μmと70μmとした。このとき、波長選択フィルタ側への到達光の損失は、28dB以上であり、光導波路終端の45度傾斜面への到達光の損失は、3dB以下であった。 An optical fiber in which four GI-type multimode fibers having a NA of 0.2 and a core diameter of 50 μm are arranged at a pitch of 250 μm with respect to the vertical end surface opposite to the 45-degree inclined surface of the polymer optical waveguide film manufactured as described above. When an array is installed, and a waveguide array (VCSEL) having a wavelength of 850 nm is installed facing the wavelength selection filter disposed in the slit of the polymer optical waveguide film, the emitted light from the VCSEL is applied to the optical fiber. The optical fiber was reached with a loss of 3.5 dB or less. Next, light with a wavelength of 815 nm from the optical fiber was input to the optical waveguide array, and the reflected light from the wavelength selection filter and the reflected light from the 45-degree inclined surface at the end of the optical waveguide core were measured. The reflected light was received by an NA-0.4 H-PCF (hard plastic clad fiber) through an aperture. The aperture diameter of the aperture was 10 μm and 70 μm for the wavelength selection filter and the 45 ° inclined surface, respectively. At this time, the loss of light reaching the wavelength selection filter side was 28 dB or more, and the loss of light reaching the 45-degree inclined surface at the end of the optical waveguide was 3 dB or less.
波長選択フィルタを図7(b)に示す特性のものに代えた以外は、上記実施例1と同様の作製方法により、高分子光導波路フィルムを作製した。また、VCSELの発振波長を815nmとし、光ファイバからの入射光の波長を850nmとして、上記実施例1と同様の評価を行ったところ、ほぼ同等の性能を得ることができた。 A polymer optical waveguide film was produced by the same production method as in Example 1 except that the wavelength selective filter was replaced with one having the characteristics shown in FIG. Further, when the same evaluation as in Example 1 was performed with the VCSEL oscillation wavelength set at 815 nm and the wavelength of incident light from the optical fiber set at 850 nm, substantially the same performance could be obtained.
厚さ625μmのSiウェハをRIE法により形成し、図5に示すようなシリコンサブマウント基板を作製した。このシリコンサブマウント基板に受光素子と面型発光素子をパッシブアライメントにより実装した後、シリコンサブマウント基板とフォトダイオード用アンプを平面実装用のセラミックパッケージ内に固定し、ワイヤボンディングにより電気配線を施した。 A Si wafer having a thickness of 625 μm was formed by the RIE method to produce a silicon submount substrate as shown in FIG. After mounting the light receiving element and the surface light emitting element on the silicon submount substrate by passive alignment, the silicon submount substrate and the photodiode amplifier were fixed in a ceramic package for planar mounting, and electric wiring was applied by wire bonding. .
次に、上記実施例1で作製した高分子光導波路フィルムをシリコンサブマウント基板上に紫外線硬化型接着剤を使用して接着した。その後、屈折率が光導波路コアと同等である紫外線硬化樹脂を高分子光導波路フィルムのスリット内に滴下して充填し、紫外線露光により硬化した。最後に、高分子光導波路フィルムの垂直端面にMTコネクタとガイドピン及び光導波路コア位置に互換性のあるアダプタを差し込み、図4に示すような並列送受信モジュールを作製した。 Next, the polymer optical waveguide film produced in Example 1 was bonded onto the silicon submount substrate using an ultraviolet curable adhesive. Thereafter, an ultraviolet curable resin having a refractive index equivalent to that of the optical waveguide core was dropped into the slit of the polymer optical waveguide film, filled, and cured by ultraviolet exposure. Finally, an MT connector, a guide pin, and an adapter compatible with the position of the optical waveguide core were inserted into the vertical end face of the polymer optical waveguide film to produce a parallel transmission / reception module as shown in FIG.
更に、上記実施例2に記載された高分子光導波路フィルムを用いて、図4に示すような並列送受信モジュールと対になるモジュールを作製した。この2つのモジュールを、コア径50μmのGI型マルチモードファイバを250μmピッチで4本並べて、その両端をMTコネクタとした長さ30mのリボンファイバで接続した。それらのモジュール間で光ファイバ1本あたり、3.125Gbps×2の双方向通信が支障なく可能であった。 Furthermore, using the polymer optical waveguide film described in Example 2 above, a module paired with the parallel transmission / reception module as shown in FIG. 4 was produced. These two modules were connected by a ribbon fiber having a length of 30 m in which four GI type multimode fibers having a core diameter of 50 μm were arranged at a pitch of 250 μm and both ends thereof were MT connectors. Two-way communication of 3.125 Gbps × 2 per optical fiber was possible between these modules without any problem.
なお、本発明に係わる高分子光導波路フィルム及び並列光送受信装置は、上記実施の形態、実施例及び図示例などに限定されるものではなく、その発明の趣旨を逸脱しない範囲内で様々な設計変更が可能である。 The polymer optical waveguide film and the parallel optical transceiver according to the present invention are not limited to the above-described embodiment, examples, and illustrated examples, and various designs can be made without departing from the spirit of the invention. It can be changed.
10 高分子光導波路フィルム
11 下部クラッド
12 光導波路コア
13 上部クラッド
14 波長選択フィルタ
15 45度傾斜面
16,17 スリット
18 マイクロレンズアレイ
20 並列光送受信装置
21 セラミックパッケージ
21a 蓋体
22 MT互換アダプタ
23 サブマウント基板
23a 凹溝部
23b 段差部
24 電気配線
25,26 アライメントマーク
27 アンプ
28 電極
30 面型発光素子
30a,31a 電極
30b,31b 受光面,発光面
31 面型受光素子
λ1,λ2 信号光
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記受発光面と平行に複数本の光導波路コアが延伸し、前記光導波路コアの長手方向の一端部に45度傾斜面を有するマルチモード光導波路と、
前記マルチモード光導波路の中間部に、所定の角度で配された波長選択フィルタとを備え、
前記面型発光素子アレイ及び前記面型受光素子アレイのいずれか一方が、前記波長選択フィルタを介して前記マルチモード光導波路と光学的に結合され、前記面型受光素子アレイ及び前記面型発光素子アレイのいずれか他方が、前記光導波路コア端部の45度傾斜面を介して前記マルチモード光導波路と光学的に結合され、
前記面型受光素子アレイ及び前記面型発光素子アレイの実装面と平行に信号光を入出射してなることを特徴とする並列光送受信装置。 A surface light emitting element array and a surface light receiving element array in which the normal directions of the light receiving and emitting surfaces are made to coincide
A plurality of optical waveguide cores extending in parallel with the light emitting / receiving surface, and a multimode optical waveguide having a 45-degree inclined surface at one end in the longitudinal direction of the optical waveguide core;
A wavelength selective filter disposed at a predetermined angle in the middle portion of the multimode optical waveguide,
One of the surface light emitting element array and the surface light receiving element array is optically coupled to the multimode optical waveguide through the wavelength selection filter, and the surface light receiving element array and the surface light emitting element Either one of the arrays is optically coupled to the multimode optical waveguide through a 45 degree inclined surface at the end of the optical waveguide core;
2. A parallel optical transmission / reception apparatus, wherein signal light is input / output parallel to a mounting surface of the surface light receiving element array and the surface light emitting element array.
前記面型受光素子アレイが、前記波長選択フィルタを介して前記マルチモード光導波路と光学的に結合され、
前記面型発光素子アレイが、前記光導波路コア端部の45度傾斜面及び前記クラッドを介して前記マルチモード光導波路と光学的に結合され、
前記面型発光素子アレイから出射される信号光の波長におけるNA0.2の光に対する前記波長選択フィルタの透過率が、10%以上であり、
送受信装置に入射される信号光の波長におけるNA0.2の光に対する前記波長選択フィルタの透過率が、30%以下であることを特徴とする請求項1に記載の並列光送受信装置。 The multimode optical waveguide is constituted by the optical waveguide core and a clad formed so as to surround the optical waveguide core,
The planar light receiving element array is optically coupled to the multimode optical waveguide via the wavelength selective filter;
The surface light emitting element array is optically coupled to the multimode optical waveguide through a 45-degree inclined surface of the optical waveguide core end and the cladding,
The transmittance of the wavelength selective filter with respect to the light of NA 0.2 at the wavelength of the signal light emitted from the surface light emitting element array is 10% or more,
2. The parallel optical transceiver according to claim 1, wherein a transmittance of the wavelength selection filter with respect to light having an NA of 0.2 at a wavelength of signal light incident on the transceiver is 30% or less.
前記面型発光素子アレイが、前記波長選択フィルタを介して前記マルチモード光導波路と光学的に結合され、
前記面型受光素子アレイが、前記光導波路コア端部の45度傾斜面及び前記クラッドを介して前記マルチモード光導波路と光学的に結合され、
前記面型発光素子アレイから出射される信号光の波長におけるNA0.2の光に対する前記波長選択フィルタの透過率が、90%以下であり、
送受信装置に入射される信号光の波長におけるNA0.2の光に対する前記波長選択フィルタの透過率が、70%以上であることを特徴とする請求項1に記載の並列光送受信装置。 The multimode optical waveguide is constituted by the optical waveguide core and a clad formed so as to surround the optical waveguide core,
The surface light emitting element array is optically coupled to the multimode optical waveguide via the wavelength selective filter;
The planar light receiving element array is optically coupled to the multimode optical waveguide through a 45-degree inclined surface of the optical waveguide core end and the cladding,
The transmittance of the wavelength selective filter with respect to the light of NA 0.2 at the wavelength of the signal light emitted from the surface light emitting element array is 90% or less,
2. The parallel optical transceiver according to claim 1, wherein a transmittance of the wavelength selection filter with respect to light having an NA of 0.2 at a wavelength of signal light incident on the transceiver is 70% or more.
前記波長選択フィルタが、前記傾斜面に直接形成されてなることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の並列光送受信装置。 The multimode optical waveguide has an inclined surface inclined with respect to the light emitting and receiving surface;
The parallel optical transmission / reception apparatus according to claim 1, wherein the wavelength selection filter is directly formed on the inclined surface.
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