JP2009069470A - 光導波路、光導波路作製方法、および光モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】モニタ光が安定に取り出せると同時に外部出力光の損失を最小限に抑えられる光導波路、前記光導波路の作製方法、および前記光導波路を有する光モジュールの提供。
【解決手段】コア１０と、前記コアを囲繞するように形成されたクラッド１１とを備え、コア１０は、ＶＣＳＥＬ３からの光を外部に出力する主コア１０Ａと、主コアを透過する光の一部を、ＶＣＳＥＬ３の出力をモニタするためのモニタ用光ダイオード４に伝達する副コア１０Ｂとを有し、主コア１０Ａは、法線が、主コア１０Ａの光軸Ａに対して２．５〜３０度の角度をなし、且つ相対する側壁面１３Ａ、１３Ｂが互いに平行に形成された溝１３によって分断されているとともに、副コア１０Ａは、クラッド１１によって主コア１０Ａから分離され、主コア１０Ａを透過する光が溝１３で反射して生じるフレネル反射光が導入される位置に形成されている光導波路。
【選択図】図２

Description

本発明は、光導波路、光導波路作製方法、および光モジュールに関する。

半導体レーザ素子やＬＥＤなどの発光素子を用いた光モジュールにおいては、温度変化による光出力ドリフトを防ぐために、発光素子からの出力光の一部を受光素子で受光して発光素子の光出力をモニタし、発光素子の光出力が一定になるようにフィードバック制御を行うことが一般的に行われている。

半導体レーザ素子として従来から一般的に用いられてきた端面発光型レーザ素子は、信号光を出力する側の端面だけでなく、反対側の端面からも光を出射するから、前記反対側の端面からモニタ光を容易に取り出すことができる。

しかしながら、近年、低価格型、低消費電力型の素子として注目を集めている面発光型レーザ素子（ＶＣＳＥＬ）においては、レーザ光は発光面のみから出射されるから、端面発光型レーザ素子に比較してモニタ光を取り出すのが困難である。そこで、ＶＣＳＥＬを用いた光モジュールにおいては、モニタ光を取り出すための構造をパッケージ内部に設けることが検討された。

たとえば、カンパッケージの内部にＶＣＳＥＬとモニタ用受光素子とを収容するとともに、前記カンパッケージにおいてＶＣＳＥＬからのレーザ光を出射するキャップガラスをＶＣＳＥＬの光軸に対して斜めになるように設け、ＶＣＳＥＬからのレーザ光の一部を前記キャップガラスで反射させてモニタ用受光素子でモニタする半導体レーザ装置が検討された（特許文献１）。

前記半導体レーザ装置のような光モジュールにおいては、前述のように斜めに配設されたキャップガラスによって反射した反射光をモニタしているだけであるから、反射光の光路が拘束されていない。したがって、モニタ光が効率的に利用されない故に、外部に出力される信号光の強度が大幅に、たとえば３ｄＢ以上減衰する。

従来のＶＣＳＥＬでは、消費電力および光出力が大きかったので、出力光が目に入っても目を損傷させないようにするために出力光を減衰させる必要があった。したがって、光モジュールにおける出力光の減衰は余り問題視されることはなかった。

しかしながら、近年、ＶＣＳＥＬの改良が進み、たとえば波長８５０ｎｍのマルチモードＶＣＳＥＬにおいて３ｍＡの電流を流したときに、数Ｇｂｐｓの変調を行い、１ｍＷの光出力が得られるようになった。光出力が１ｍＷであれば、ＪＩＳ Ｃ ６８０２で規定する安全基準を満たすから、特に出力光を減衰処理させる必要はない。

したがって、モニタ光を取り出す際の外部出力光の減衰を極力抑えることにより、光モジュール全体として電力消費量を低減させることが検討された。

このような光モジュールとしては、たとえば、特許文献２に記載の導波路型光モジュールのように、ＶＣＳＥＬのような発光素子と、コアと前記コアを囲繞するクラッドと、前記発光素子からの信号光を導出する導波路とを有し、前記導波路には、コアの光軸に対して斜めであってしかも前記コアに達する切り込み部が形成され、前記導波路の近傍に、前記切り込み部で信号光を反射させてモニタするものがある（特許文献２）。

また、面型光素子からの信号光を導出する光導波路を分岐させて前記信号光の一部をモニタ用の受光素子に導く形態の光モジュールもある（特許文献３）。

更に、特許文献４に記載の光導波路モジュールのように、平面導波路型の光導波路を有する平面導波路型回路に、前記光導波路の所定部位を横切るように、前記光導波路の光軸に直交する垂直軸に対して所定の傾き角度を有する溝を形成し、前記溝に反射フィルタを挿入したものもある。前記光モジュールにおいては、光導波路を伝達される信号光は、前記反射フィルタで所定の反射率で反射されてモニタ用の光検出器によって検出される（特許文献４）。

加えて、特許文献５に記載の半導体装置のように、半導体レーザから発生したレーザ光を変調器側へ導波する主導波路から副導波路を分岐させ、前記班相対レーザから発生したレーザ光の光量をモニタする光検出素子を前記副導波路に設けたものもある（特許文献５）。
特開平０５−３２７１２２号公報 特開２００６−０１７８８５号公報 特開２００６−２０１３１３号公報 特開２００２−１８２０５１号公報 特開平１１−３３０６２４号公報

しかしながら、これらの光モジュールには以下のような問題がある。たとえば特許文献２に記載の光モジュールにおいては、信号光は光導波路をマルチモードで伝達される故に、ＶＣＳＥＬの出力によって信号光のモードが変化し、ＶＣＳＥＬの出力とモニタ光量との関係が非線形になることがある。そのため、信号光を正確にモニタしようとすると、前記非線形性を補正する必要がある。

特許文献３および５に記載の光モジュールにおいては、導波路を分岐させてモニタ光を取り出しているから、導波路が分岐する部分における分岐部欠陥で損失が生じる。

また、特許文献４に記載の光モジュールには、反射フィルタで信号光が反射されて生じたモニタ光を光検出器に直接導くための導波路がないから、モニタ光の減衰が大きいという問題がある。

本発明は、上記問題を解決すべく成されたものであり、モニタ光が安定に取り出せると同時に外部出力光の損失を最小限に抑えられる光導波路、前記光導波路の作製方法、および前記光導波路を有する光モジュールの提供を目的とする。

請求項１に記載の発明は、コアと、前記コアを囲繞するように形成されたクラッドとを備え、前記コアは、発光素子からの光を外部に出力する主コアと、主コアを透過する光の一部を、前記発光素子の出力をモニタするためのモニタ用受光素子に伝達する副コアとを有し、前記主コアは、法線が、主コアの光軸に対して２．５〜３０度の角度をなし、且つ相対する側壁面が互いに平行に形成された溝によって分断されているとともに、前記副コアが、前記クラッドによって前記主コアから分離され、前記主コアを透過する光が前記溝で反射して生じるフレネル反射光が導入される位置に形成されている光導波路に関する。

請求項１に記載の光導波路においては、主コアは空気に満たされた溝によって分断されているから、前記主コアに導入された光の一部が主コアと溝との界面でフレネル反射されて副コアに導入される。したがって、モニタ用受光素子では、前記界面での反射で生じたフレネル反射光を検出する。ここで、フレネル反射光は、主コアと溝との発光素子側の界面で生じた反射光であり、主コアと溝との発光素子側の界面で生じた一次反射光と、主コアと溝との外部出力側の界面で生じた二次反射光とに分けられる。

フレネル反射光と発光素子から出射した光との強度比は、主コアを透過する光のモードに依らず、一定であるから、主コアの断面における光強度分布が変化しても、副コアを透過する光の強度と、発光素子から出射した光の強度との比率は一定である。

また、前記溝は、法線が、主コアの光軸に対して２．５〜３０度の角度をなすように形成されているから、前記主コアに導入された光のうち、前記界面でのフレネル反射により損失するものの割合を最小限に抑えることができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光導波路において、前記副コアの反射光が導入される側の端部が前記溝の側壁面に露出しているものに関する。

請求項２に記載の光導波路においては、副コアの一次反射光または二次反射光が導入される側の端部が溝の側壁面に露出しているから、主コアと溝との界面で生じたフレネル反射光は、前記端部から直接に副コアに導入される。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の光導波路において、前記溝の幅は１〜５０μｍであるものに関する。

請求項３に記載の光導波路においては、溝の幅が１μｍ以上あるから、前期光導波路を有する光モジュールにおいて温度が上昇しても、溝の対抗面が互いに当接することが防止される。また、前記溝の幅が５０μｍ以下であるから、溝内を通過する光の自由伝搬状態における損失を無視できる程度に抑えることができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の何れか１項に記載の光導波路において、前記主コアは、前記溝を透過する際に光が屈折する方向に沿って溝を挟んでコア中心軸がずらされて配置されているとともに、前記溝の法線が前記溝の中心軸となす角度をθ、前記主コアの屈折角をｎ、前記溝の幅をｓ、前記コア中心軸のずれの大きさをｘとすると、ずれの大きさｘが、以下の式
ｘ＝ｓ×ｓｉｎ（φ−θ）／ｃｏｓφ
但し、φ＝ｓｉｎ^−１（ｎ×ｓｉｎθ）
で設定されるものに関する。

請求項４に記載の光導波路においては、主コアの光軸、即ちコア中心軸が、溝を挟んで光の屈折方向に沿ってずらされて配置されているとともに、前記ずれの大きさｘを上のように設定することにより、コア軸のずれの大きさは、発光素子からの光のうち、主コアの光軸に対して平行な成分が前記溝で屈折することによって生じる光軸のずれの大きさに等しくなる。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜３の何れか１項に記載の光導波路において、前記主コアのうち、溝を挟んで発光素子側に位置する部分の幅をｄ１、外部出力側に位置する部分の幅をｄ２とし、前記溝の法線が前記溝の中心線となす角度をθ、前記主コアと溝との界面における光の屈折角をφ、前記溝の幅をｓとすると、前記幅ｄ２は、
ｄ２＝ｄ１＋ｓ×ｓｉｎ（φ−θ）／ｃｏｓθ
但し、φ＝ｓｉｎ^−１（ｎ×ｓｉｎθ）

となるように設定されているものに関する。

請求項５に記載の光導波路においては、主コアのうち、溝を挟んで外部出力側に位置する部分が、発光素子側に位置する部分に比較して、溝を挟んだ光路のずれの大きさだけ幅が広く形成されている。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜５の何れか１項に記載の光導波路において、前記副コアの幅は、前記モニタ用受光素子の受光径よりも小さいものに関する。

請求項６に記載の光導波路においては、副コアの幅が、モニタ用受光素子の受光径よりも小さいから、副コアを透過した光をモニタ用受光素子の受光面に集光させるためのレンズなどの光学部品が不要になる。

請求項７に記載の発明は、発光素子からの光を外部に出力する主コアと、主コアを透過する光の一部を、前記発光素子の出力をモニタするためのモニタ用受光素子に伝達する副コアとを形成するコア形成工程と、前記コア形成工程で形成された主コアを分断する溝を形成する溝形成工程とを有し、前記溝形成工程においては、溝の法線が主コアの光軸に対して２．５〜３０度の角度を有し、前記溝の相対する側壁面が互いに平行になるとともに、前記主コアと副コアとが互いに分離されるように前記溝を形成することを特徴とする光導波路作製方法に関する。

請求項７に記載の光導波路作製方法によれば、主コアと副コアと前記主コアおよび副コアを囲繞するクラッドとを形成したのち、溝を形成し、主コアを分断すると同時に主コアと副コアとを分断することにより、請求項１に記載の光導波路を作製できる。

請求項８に記載の発明は、発光素子と、前記発光素子からの光が主コアに導入されるように配設された請求項１〜６の何れか１項に記載の導波路と、前記導波路の有する副コアを伝達した反射光を受光して前記発光素子の出力をモニタするモニタ用受光素子とを備えることを特徴とする光モジュールに関する。

請求項８に記載の光モジュールにおいては、発光素子から出射した光は主コアに入射する。主コアに入射した光の大部分は、溝を透過して主コアの外部出力側の部分に入社するが、前記光の一部は、主コアと溝との界面で反射して副コアに入射する。副コアに入射した光は、副コアを伝達してモニタ用受光素子で受光される。

ここで、前記界面で反射した反射光と発光素子から出射した光との強度比は、主コアを透過する光に極端に高次モードが増加しない限りは、発光素子の出力に依らず、一定であるから、主コアの断面における光強度分布が変化しても、モニタ用受光素子で検出される光の強度と、発光素子から出射した光の強度との比率は一定である。

また、請求項１でも述べたように、光導波路には、法線が主コアの光軸に対して２．５〜３０度の角度をなすように溝が形成されているから、主コアに導入された光のうち、主コアと溝との界面でのフレネル反射により損失するものの割合を最小限に抑えることができる。

請求項１に記載の発明によれば、上述したように副コアを透過するモニタ光の強度と、発光素子から出射した光の強度との比率は一定であるから、発光素子の出力が変動して主コア内部の光強度分布が変化しても、発光素子の光出力とモニタ光の強度との比例関係は一定に保持される。したがって、前記モニタ光を利用して発光素子の出力をフィードバック制御することにより、発光素子の光出力が大きな場合も小さな場合も、発光素子の光出力を高精度に制御できる。

また、主コアと溝との界面でのフレネル反射による光の損失を最小限に抑えることができるから、前記光導波路を有する光モジュールにおいては、発光素子として光出力の小さなものを使用できる。

請求項２に記載の発明によれば、主コアと溝との界面で生じたフレネル反射光は、前記端部から直接に副コアに導入されるから、前記フレネル反射光をモニタする際の損失を最小限に抑えることができる。

請求項３に記載の発明によれば、溝内を通過する光の自由伝搬状態における損失を最小限に抑えることができるから、発光素子からの光を外部に出射するときの損失を最小限に抑えることができる。また、光導波路が高温になっても主コアと溝との界面ではフレネル反射光が生じるから、発光素子のモニタリングおよびフィードバック制御を安定に行うことができる。

請求項４および５に記載の発明によれば、コア軸のずれの大きさは、発光素子からの光のうち、主コアの光軸に対して平行な成分が前記溝で屈折することによって生じる光軸のずれの大きさに等しくなるように設定されているから、前記光が溝を透過することによって生じる損失を最小限に抑えることができる。

請求項６の発明によれば、上述のように副コアを透過したモニタ光をモニタ用受光素子に集光させるための光学部品が不要になるから、請求項１の導波路に比較してさらに安価に光モジュールを構成できる。

請求項７の発明によれば、たとえば従来と同様の方法でコアとクラッドとからなる光導波路を形成した後、たとえばダイシングソーなどによって溝を形成すればよいから、請求項１〜６に記載の光導波路を安価に製造できる。

請求項８の発明によれば、請求項１のところで述べたのと同様に、発光素子の光出力とモニタ光の強度との比例関係は一定に保持されるから、前記モニタ光の強度に基いて発光素子の光出力を高精度でフィードバック制御できる。

また、前記請求項に係る光モジュールの備える光導波路においては、主コアと溝との界面での反射による光の損失を最小限に抑えることができるから、発光素子からの光が外部に出力されるときの損失を最小限に抑えることができる。

１．実施形態１
以下、本発明に係る光導波路および光モジュールの一例について説明する。

［構成］
実施形態１に係る光モジュール１００は、図１に示すように、本発明の発光素子の一例であるＶＣＳＥＬ３と、モニタ用受光素子の一例であってＶＣＳＥＬ３の光出力をモニタするモニタ用光ダイオード４と、ＶＣＳＥＬ３からの出力光を外部出力側に導光するとともに、その一部をモニタ用光ダイオード４側に分岐させる光導波路１と、ＶＣＳＥＬ３、モニタ用光ダイオード４、光導波路１を支持する基板５と、基板５に設けられ、光導波路１、ＶＣＳＥＬ３、モニタ用光ダイオード４を内部に収容する保護キャップ７と、基板５における光導波路１、ＶＣＳＥＬ３、モニタ用光ダイオード４、保護キャップ７が設けられた側とは反対側の面から突出し、ＶＣＳＥＬ３およびモニタ用光ダイオード４に接続されたピン状の端子６と、保護キャップ７の外側に被せられているとともに、ＶＣＳＥＬ３からの出力光を外部に導出する光ファイバ（図示せず。）の一端が装着される光ファイバ接続孔８Ａが形成された光ファイバ装着筒８とを備える。保護キャップ７には、ＶＣＳＥＬ３から出射された出力光の透過を妨げないように頂面に開口部７Ａが設けられている。光ファイバ装着筒８の内側には、光ファイバ接続孔８Ａに挿着された光ファイバの一端にＶＣＳＥＬ３からの出力光を収束させるためのレンズ９が設けられている。

図１〜図３に示すように、光導波路１は、板状の部材であってコア１０とコア１０を囲繞するクラッド１１とからなる。コア１０は、ＶＣＳＥＬ３からの出力光を外部に向かって導出する主コア１０Ａと、ＶＣＳＥＬ３からの出力光の一部をモニタ用光ダイオード４に向かって伝達する副コア１０Ｂとからなる。

図２および図３（Ｂ）に示すように、主コア１０Ａは、溝１３によってＶＣＳＥＬ３側に位置するＶＣＳＥＬ側コア１２Ａと、外部出力側に位置する外部出力側コア１２Ｂとに分断されている。なお、図３（Ａ）は光導波路１の平面図であり、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）における平面Ａ−Ａに沿って光導波路１を切断した断面を示す。ＶＣＳＥＬ側コア１２Ａと外部出力側コア１２Ｂとは、互いに平行であるとともに、溝１３を挟んで互いに食い違うように配設されている。ＶＣＳＥＬ側コア１２Ａおよび外部出力側コア１２Ｂの端面は、何れも溝１３の側壁面１３Ａおよび１３Ｂ上に露出している。なお、溝１３の側壁面１３Ａ、１３Ｂは互いに平行である。

副コア１０Ｂは、溝１３のＶＣＳＥＬ側の側壁面１３ＡにおいてＶＣＳＥＬ側コア１２Ａに隣接するように形成されている。

図４に示すように、溝１３の法線、即ち側壁面１３Ａ、１３Ｂに直交する方向の直線をｈとし、主コア１０Ａの光軸をＡとし、法線ｈと光軸Ａとのなす角度をθとすると、溝１３は、角度θ＝２．５〜３０度になるように形成されている。角度θは、１０〜２５度が好ましく、特に１５〜２０度が好ましい。角度θが２．５度よりも小さいと、ＶＣＳＥＬ３から出射され主コア１０Ａ（ＶＣＳＥＬ側コア１２Ａ）を透過した出力光であって溝１３の壁面１３Ａでフレネル反射した光のうち、ＶＣＳＥＬ側コア１２Ａ内をそのままＶＣＳＥＬ３まで戻ってしまう成分が無視できないほど多くなり、ＶＣＳＥＬ３の出力変動を招く問題がある。一方、角度θが３０度を超えると、溝１３を透過する間の減衰が無視できなくなり、主コア１０Ａ全体でも損失が３ｄＢを超えるから好ましくない。

また、溝１３を挟んだ主コア１０Ａの光軸Ａのずれの大きさ（即ち、ＶＣＳＥＬ側コア１２Ａと外部出力側コア１２Ｂとのコア中心軸のずれの大きさ）ｘは、溝１３の幅をｓとすると、光軸Ａのずれの大きさｘを、以下の式：
ｘ＝ｓ×ｓｉｎ（φ−θ）／ｃｏｓφ
但し、φ＝ｓｉｎ^−１（ｎ×ｓｉｎθ）
に従って設定されている。ここで、φは、光軸Ａに平行な光線が溝１３に入るときの屈折角を意味している。光軸Ａのずれの大きさｘをこのように設定することにより、溝１３における前記出力光のずれの大きさと等しくなるように設定できるから、出力光が溝１３を透過するときの損失を最小限に抑えることができる。

溝１３の幅は、１〜５０μｍの範囲に設定されている。

主コア１０Ａ（ＶＣＳＥＬ側コア１２Ａ）を透過した出力光が溝１３で反射して生じるフレネル光のうち、前記出力光が溝１３の手前側の側壁面１３Ａで反射して生じる一次反射光と、前記出力光が溝１３を透過して反対側の側壁１３Ｂで反射して生じる二次反射光とは、互いに平行であり、しかも、溝１３の法線ｈを挟んで出力光とは反対側に同じ反射角θで反射する。したがって、前記フレネル反射光と主コア１０Ａの光軸Ａとがなす角度は２θである。副コア１０Ｂは、溝１３の側壁面１３Ａにおける前記二次反射光が入射する位置に副コア１０Ｂの光軸Ｂが主コア１０Ａの光軸Ａと角度２θをなすように配設されている。しかも、副コア１０Ｂは、モニタ用光ダイオード４に向かって主コア１０Ａとの間隔が広がるように形成されているとともに、溝１３側の端部においてもクラッド１１で主コア１０Ａとは隔てられている。したがって、副コア１０Ｂは何れの部分においても主コア１０Ａとは繋がっていないから、主コア１０Ａおよび副コア１０Ｂの全長に亘って出力光および二次反射光の閉じ込め構造が成立する。したがって、主コア１０Ａの外側に漏洩する出力光および副コア１０Ｂの外側に漏洩する二次反射光に起因する損失の発生を防止できる。

副コア１０Ｂは、モニタ用光ダイオード４側の端面は、光導波路１の側面に露出しているとともに、前記断面の高さおよび幅がモニタ用光ダイオード４の受光面の高さ及び幅よりも夫々小さくなるように形成されている。これにより、副コア１０Ｂから導出されたモニタ光をモニタ用光ダイオード４の受光面上に集光させるためのレンズなどの光学部品が不要になる。

［作製手順］
以下、光導波路１の作製手順について説明する。

先ず、図５（Ａ）および（Ｂ）に示すように、クラッド１１の一部を構成するクラッド用フィルム１１Ａを用意する。次に、図５（Ｃ）および（Ｄ）に示すように、クラッド用フィルム１１Ａの一方の面にコア１０（主コア１０Ａ、副コア１０Ｂ、および主コア１０Ａと副コア１０Ｂとを接続する接続部１０Ｃ）を形成する。なお、図５（Ｄ）は、図５（Ｃ）に示す作製中の光導波路１を主コア１０Ａに対して直交する平面Ｂ−Ｂに沿って切断した断面を示す。コア１０の材質としてはクラッド１１よりも屈折率の大きな光透過性樹脂が使用される。コア１０を形成する方法としては、本発明者が既に特開２００４−０８６１４４号に係る出願などで提案している液状のシリコーン系樹脂、たとえばポリジメチルシロキサンをコア１０に対応する形状の凸部が形成された原盤に塗布し、光または熱などによってゴム状に硬化させて凹型を形成し、その凹型であるシリコーンゴム鋳型をクラッドとなるフィルムに密着させてできるコア形状のトンネルにコアとなる紫外線硬化樹脂、あるいは熱硬化樹脂を流し込んで硬化させ、シリコーンゴム鋳型を剥がす複製法が挙げられるが、その他にも透明な光硬化性樹脂を直接露光して硬化させる直接露光法、光酸化を利用するフォトブリーチング法、およびスタンパ法なども好適に用いることができる。

コア１０が形成されたら、図５（Ｅ）および（Ｆ）に示すように、コア１０の上からクラッド形成用の光硬化性樹脂を流延して光硬化させ、クラッド層１１Ｂを形成する。クラッド用フィルム１１Ａおよびクラッド層１１Ｂによってクラッド１１が構成される。なお、図５（Ｆ）は、図５（Ｅ）に示す作製中の光導波路１を主コア１０Ａに対して直交する平面Ｂ−Ｂに沿って切断した断面を示す。

クラッド１１が形成されたら、図６（Ａ）および（Ｂ）に示すように、コア１０の接続部１０Ｃに沿ってダイシングソーによってハーフカットすることにより、溝１３を形成する。なお、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）に示す作製中の光導波路１を主コア１０Ａに沿った平面Ｃ−Ｃに沿って切断した断面を示す。

再度に、図６（Ｃ）に示すように破線Ｄに沿って周囲をダイシングソーで切断、除去して光導波路１が得られる。

［作用］
以下、光モジュール１００の作用について説明する。ＶＣＳＥＬ３から出射された出力光は、光導波路１の主コア１０ＡにおけるＶＣＳＥＬ側コア１２Ａに入射され、溝１３に向かって伝搬される。そして、図４に示すように、出力光の大部分は、溝１３の側壁面１３Ａで光軸Ａに対して屈折角φで屈折して溝１３の内部を透過し、再び屈折角φで反対方向に屈折して主コア１０Ａの外部出力側コア１２Ｂに入射し、光軸Ａに沿って伝搬され、保護キャップの開口部７Ａからレンズ９を通って光ファイバ（図示せず）に向かって出射される。

一方、出力光の一部は、ＶＣＳＥＬ側コア１２Ａと溝１３の側壁１３Ａとの界面および溝１３の側壁１３Ｂと外部出力側コア１２Ｂとの界面で夫々角度２θで反射してフレネル反射光が生じる。ここで、副コア１０Ｂは、光軸Ｂが主コア１０Ａの光軸Ａに対して角度２θをなすとともに、側壁１３Ａにおいて前記フレネル反射光のうち二次反射光が入射する位置に設けられているから、一次反射光と二次反射光とのうち、二次反射光が副コア１０Ｂに入射し、副コア１０Ｂ内を伝搬してモニタ用光ダイオード４で検出される。

２．実施形態２
以下、光モジュール１００に使用される光導波路の別の例について説明する。

図７に示すように、実施形態２に係る光導波路２においては、主コア１０ＡのＶＣＳＥＬ側コア１２Ａと外部出力側コア１２Ｂとの間に食い違いが設けられていない。そして、副コア１０Ｂは、主コア１０Ａにおける一次反射光が出射する位置に、一次反射光の出射方向に対して平行に設けられている。そして、副コア１０Ｂの一次反射光が入射する側の端面は、主コア１０Ａの側面に対して平行に仕上られているとともに、クラッド１１によって主コア１０Ａの前記側面から隔てられている。

以上の点を除いて光導波路２は、実施形態１に係る光導波路１と同様の構成を有している。

１．実施例１
図５及び図６に示すプロセスに従って縦横１ｍｍ、厚さ０．５ｍｍ、コア径５０μｍの実施形態１に示す構成を有する光導波路を形成した。

先ず、クラッド用フィルムとしてＪＳＲ株式会社製のアートン（登録商標）フィルム（屈折率１．５１、厚さ１８８μｍ）を用い、複製法によってコア１０を形成した。コア１０には紫外線硬化樹脂（屈折率１．５３）を用いるとともに、主コア１０Ａと副コア１０Ｂとが繋がった状態でコア１０を形成した。

コア１０を形成したら、その上からもう１枚のアートンフィルムを重ね、屈折率１．５１の紫外線硬化樹脂で下側のアートンフィルムおよびコア１０と貼り合わせてコア１０がクラッド１１内に埋包された埋め込み型導波路構造を形成した。

次に、ダイシングソーを用い、前記埋め込み型導波路構造の主コア１０Ａと副コア１０Ｂとが繋がった部分を含むように幅３０μ、深さ０．３５ｍｍの溝１３をハーフカットで形成し、主コア１０Ａを２本に分断するとともに、主コア１０Ａと副コア１０Ｂとを分断した。

最後に、周囲をダイシングソーで切落し、光導波路１とした。

光導波路１の特性を単体で測定した。測定方法は、ファイバ端のモードフィールド径およびＮＡが、想定した発光素子であるＶＣＳＥＬに近い測定用レーザおよびシングルモードファイバを組み合わせ、マッチングオイルを介して光導波路の発光素子接続端に接続し、さらに光導波路からの出力をコア径６２．５μｍのＧＩ型マルチモードファイバで受光して評価した。その結果、溝１３の法線と主コア１０Ａの光軸１０Ａとのなす角度θを１５度から２０度まで変化させたパターンにおいては、外部出力側の損失は１ｄＢ以下であり、しかも、モニタ用光ダイオード４においては１５〜１６ｄＢ程度の損失でモニタ光を取ることができた。また、主コア１０Ａのうち、外部出力側コア１２Ｂの幅を６０μｍに増加させるか、またはコア径は５０μｍのままでＶＣＳＥＬ側コア１２Ａと外部出力側コア１２Ｂとの光軸を５μｍずらすことにより、外部出力側での損失を０．２ｄＢ減少させることができた。また、溝１３の幅を３０μｍから１５μｍに減少させることによっても外部出力側での損失を０．２ｄＢ減少させることができた。

２．比較例１
図８に示すように主コア１０Ａと副コア１０Ｂとが溝１３の手前側で繋がっている光導波路を作製した。コア径は５０μｍ、溝１３の法線と主コア１０Ａの光軸との角度θを２０度、主コア１０Ａと副コア１０Ｂとが繋がった部分の長さを１００μｍとした。作製手順は実施例１のところで述べたとおりである。

得られた光導波路について実施例１と同様の手順で測定したところ、外部出力側での損失が１．８ｄＢと、実施例１よりも明らかに大きかった。これは、図８に示すように、ＶＣＳＥＬ３からの出力光のうち、主コア１０Ａの光軸に対して斜めに伝搬された光が、主コア１０Ａと副コア１０Ｂとが繋がった部分において副コア１０Ｂの壁面から直角に近い角度でクラッド１１に向かって透過したことによると考えられる。

３．実施例２
実施例１で作製した光導波路１（コア径５０μｍ、角度θ＝２０度、溝幅３０μ、溝１３を挟んだ主コア１０Ａのずれの大きさｘ＝５μｍ、ＶＣＳＥＬ接続端とモニタ用光ダイオード接続端とのピッチ＝７５０μｍ）を用い、図１に示すような構成の光モジュール１００を構成した。モニタ用光ダイオード４としては受光系が３００μｍのものを用いた。ＶＣＳＥＬ３の発光スポット径は１０μｍであったので、ＶＣＳＥＬ３、モニタ用光ダイオード４、および光導波路１の実装は容易に行うことができた。

ＶＣＳＥＬ３単体は、３ｍＡの電流を流したときに１ｍＷの光出力が発生する性能を有していた。そして、光モジュール１００全体では、電流３ｍＡに対して０．８ｍＷの光出力を達成した。このとき、モニタ用光ダイオード４では０．０３ｍＡの光出力が得られたので、前記光出力により、ＶＣＳＥＬ３のフィードバック制御を行うことができた。

この状態で、光モジュール１００からは２．３Ｇｂｐｓの信号を安定して発信することができた。

４．比較例２
実施例２の光モジュールにおいて、実施例１で作製した光導波路１を用いる代わりに、特許文献１にあるようにＶＣＳＥＬ３の光軸に対して斜めに配設されたガラス板を保護キャップの開口部７Ａに嵌装し、前記硝子盤によって反射された出力光をモニタ用光ダイオードで検出するようにしたところ、３ｍＡの電流を流したときの光出力は０．３ｍＷと、実施例２に比較して圧倒的に低かった。

図１は、実施形態１に係る光モジュールの構成を示す概略断面図である。 図２は、図１に示す光モジュールに使用される光導波路の一例について構成を示す斜視図である。 図３は、図２に示す光導波路の平面図および断面図である。 図４は、図２に示す光導波路における主コア、副コア、および溝の相互の配置、および主コアに導入された出力光の経路を示す説明図である。 図５は、図２に示す光導波路を作製する手順の一部を示すプロセス図である。 図６は、図２に示す光導波路を作製する手順の残りを示すプロセス図である。 図７は、実施形態２に係る光モジュールの構成を示す概略平面図である。 図８は、比較例１で用いた光導波路の構成を示す概略平面図である。

符号の説明

１ 光導波路
２ 光導波路
３ ＶＣＳＥＬ
４ モニタ用光ダイオード
５ 基板
６ 端子
７ 保護キャップ
８ 光ファイバ装着筒
１０ コア
１０Ａ 主コア
１０Ｂ 副コア
１０Ｃ 接続部
１１ クラッド
１１Ａ クラッド用フィルム
１１Ｂ クラッド層
１２Ａ ＶＣＳＥＬ側コア
１２Ｂ 外部出力側コア
１３ 溝
１３Ａ 側壁
１３Ｂ 側壁

Claims (8)

1. コアと、前記コアを囲繞するように形成されたクラッドとを備え、
   前記コアは、発光素子からの光を外部に出力する主コアと、主コアを透過する光の一部を、前記発光素子の出力をモニタするためのモニタ用受光素子に伝達する副コアとを有し、
   前記主コアは、法線が、主コアの光軸に対して２．５〜３０度の角度をなし、且つ相対する側壁面が互いに平行に形成された溝によって分断されているとともに、
   前記副コアは、前記クラッドによって前記主コアから分離され、前記主コアを透過する光が前記溝で反射して生じるフレネル反射光が導入される位置に形成されている光導波路。
2. 前記副コアの反射光が導入される側の端部は、前記溝の側壁面に露出している請求項１に記載の光導波路。
3. 前記溝の幅は１〜５０μｍである請求項１または２に記載の光導波路。
4. 前記主コアは、前記溝を透過する際に光が屈折する方向に沿って溝を挟んでコア中心軸がずらされて配置されているとともに、前記溝の法線が前記主コアの中心軸となす角度をθ、前記主コアの屈折率をｎ、前記溝の幅をｓ、前記主コアのコア中心軸のずれの大きさをｘとすると、ずれの大きさｘは、以下の式
   ｘ＝ｓ×ｓｉｎ（φ−θ）／ｃｏｓφ
   但し、φ＝ｓｉｎ^−１（ｎ×ｓｉｎθ）
   で設定される請求項１〜３の何れか１項に記載の光導波路。
5. 前記主コアのうち、溝を挟んで発光素子側に位置する部分の幅をｄ１、外部出力側に位置する部分の幅をｄ２とし、前記溝の法線が前記溝の中心線となす角度をθ、前記主コアと溝との界面における光の屈折角をφ、前記溝の幅をｓとすると、前記幅ｄ２は、
   ｄ２＝ｄ１＋ｓ×ｓｉｎ（φ−θ）／ｃｏｓθ
   但し、φ＝ｓｉｎ^−１（ｎ×ｓｉｎθ）
   となるように設定されている請求項１〜３の何れか１項に記載の光導波路。
6. 前記副コアの幅は、前記モニタ用受光素子の受光径よりも小さい請求項１〜５の何れか１項に記載の光導波路。
7. 発光素子からの光を外部に出力する主コアと、主コアを透過する光の一部を、前記発光素子の出力をモニタするためのモニタ用受光素子に伝達する副コアとを形成するコア形成工程と、前記コア形成工程で形成された主コアを分断する溝を形成する溝形成工程とを有し、前記溝形成工程においては、溝の法線が主コアの光軸に対して２．５〜３０度の角度を有し、前記溝の相対する側壁面が互いに平行になるとともに、前記主コアと副コアとが互いに分離されるように溝を形成することを特徴とする光導波路作製方法。
8. 発光素子と、前記発光素子からの光が主コアに導入されるように配設された請求項１〜６の何れか１項に記載の導波路と、前記導波路の有する副コアから出射したフレネル反射光を受光して前記発光素子の出力をモニタするモニタ用受光素子とを備えることを特徴とする光モジュール。

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