JP2009139861A - Array-type optical element - Google Patents

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Yoshiyuki Doi
芳行 土居
Ikuo Ogawa
育生 小川
Masahiro Yanagisawa
雅弘 柳澤
Akemasa Kaneko
明正 金子
Hiroshi Terui
博 照井
Fumihiro Ebisawa
文博 海老澤
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an array-type optical element in which the variations in the characteristics of individual optical elements are small and crosstalk among channels are small. <P>SOLUTION: The array-type optical element with a plurality of optical elements arranged in an array is constituted of a first substrate, on one side of which a plurality of V-shaped grooves are formed; a second substrate connected opposing the side on which the V-shaped grooves are formed; and the optical elements which are fixed, while being brought into contact with the two sides of the V-shaped grooves and one side of the second substrate so that the optical axes of the individual channels are parallel to each other, wherein the first and the second substrates are made of a material having a light-shielding characteristic. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、アレイ型光学素子に関し、より詳細には、レンズ、フィルタ、アパーチャ等の光学的な機能素子が集積されたアレイ型光学素子に関する。   The present invention relates to an array type optical element, and more particularly to an array type optical element in which optical functional elements such as a lens, a filter, and an aperture are integrated.

近年、光ファイバ伝送の普及に伴い、多数の光素子を高密度に集積する技術が求められている。特に、波長多重分割伝送方式においては、複数の波長の光信号を一括して取り扱うことから、同じ機能の光学素子を、波長の数だけ集積する必要が有る。例えば、複数の発光素子または受光素子を、１つのパッケージに収容した光モジュールが知られている（例えば、特許文献１参照）。   In recent years, with the spread of optical fiber transmission, a technique for integrating a large number of optical elements at a high density has been demanded. In particular, in the wavelength division multiplexing transmission system, since optical signals of a plurality of wavelengths are handled at once, it is necessary to integrate optical elements having the same function by the number of wavelengths. For example, an optical module in which a plurality of light emitting elements or light receiving elements are accommodated in one package is known (see, for example, Patent Document 1).

また、シリコン基板または石英基板上に、光導波路、光導波路からなる光素子を集積した平面光波回路（以下、ＰＬＣ：Planar Lightwave Circuitという）が知られている。ＰＬＣには、例えば、合分波器、分岐・結合器、光変調器などの光機能素子が形成され、複数のチャネルの光機能素子を集積することができる。特許文献１には、上記光モジュールとＰＬＣモジュールとを接続して、伝送端局における光送受信器を構成することが開示されている。これら光モジュールとＰＬＣモジュールとは、生産性、信頼性が高く、集積化、高機能化の点で優れている。   Also known is a planar lightwave circuit (hereinafter referred to as PLC: Planar Lightwave Circuit) in which an optical waveguide and an optical device comprising an optical waveguide are integrated on a silicon substrate or a quartz substrate. In the PLC, for example, optical functional elements such as a multiplexer / demultiplexer, a branching / coupling device, and an optical modulator are formed, and optical functional elements of a plurality of channels can be integrated. Patent Document 1 discloses that the optical module and the PLC module are connected to form an optical transceiver in a transmission terminal station. These optical modules and PLC modules have high productivity and reliability, and are excellent in terms of integration and high functionality.

特開２００６−１２８５１４号公報JP 2006-128514 A

上述した光モジュールとＰＬＣとの接続、光ファイバと、光モジュールまたはＰＬＣモジュールとの接続は、複数の光信号を一括して、しかも高い結合効率で結合することが求められている。そこで、例えば、光ファイバから出射された光信号を、コリメートしたり、集光して、光モジュールに結合させるためのマイクロアレイレンズ等の光学要素が用いられている。マイクロアレイレンズは、例えば、ガラス基板の一部に屈折率の異なる部分を形成してレンズ効果を与えたり、ガラス基板上に微小な半球構造を、エッチングにより形成することにより作製される。   The above-described connection between the optical module and the PLC, and the connection between the optical fiber and the optical module or the PLC module are required to combine a plurality of optical signals together and with high coupling efficiency. Therefore, for example, an optical element such as a microarray lens for collimating or condensing the optical signal emitted from the optical fiber and coupling it to the optical module is used. The microarray lens is produced, for example, by forming a portion having a different refractive index on a part of a glass substrate to give a lens effect, or by forming a minute hemispherical structure on a glass substrate by etching.

しかしながら、これらマイクロアレイレンズは、製造誤差のために、個々のレンズの特性のバラツキが大きいという問題があった。また、光モジュールとＰＬＣとの接続の場合、複数のチャネルを近接して配置することから、隣接するチャネル間でのクロストークが小さい方が望ましい。上述したレンズの特性のバラツキが大きいために、クロストークが劣化する場合がある。加えて、光モジュールの蓋で反射した光、光素子で反射された光等がＰＬＣに入射したり、ＰＬＣの光導波路以外の部分から漏洩した光が光素子に入射することにより、クロストークが劣化するという問題もあった。   However, these microarray lenses have a problem in that the characteristics of individual lenses vary greatly due to manufacturing errors. In the case of connection between the optical module and the PLC, a plurality of channels are arranged close to each other, so that it is desirable that crosstalk between adjacent channels is small. Because of the large variation in the lens characteristics described above, crosstalk may deteriorate. In addition, light reflected by the lid of the optical module, light reflected by the optical element, or the like is incident on the PLC, or light leaked from a part other than the optical waveguide of the PLC is incident on the optical element, thereby causing crosstalk. There was also a problem of deterioration.

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、個々の光学要素の特性のバラツキが小さく、チャネル間のクロストークが小さいアレイ型光学素子を提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide an array-type optical element in which variations in characteristics of individual optical elements are small and crosstalk between channels is small. is there.

本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、複数の光学要素がアレイ状に配置されたアレイ型光学素子において、一辺に複数のＶ溝が形成され第１基板と、前記Ｖ溝の形成された辺に対向して接合された第２基板と、前記Ｖ溝の２辺と前記第２基板の１辺とに接して固定され、個々のチャネルの光軸が相互に平行となる光学要素とを備え、前記第１基板および前記第２基板は、遮光性を有する材料からなることを特徴とする。   In order to achieve the above object, according to the present invention, in the array type optical element in which a plurality of optical elements are arranged in an array, a plurality of V grooves are formed on one side. 1 substrate, a second substrate bonded to the side where the V-groove is formed, and two sides of the V-groove and 1 side of the second substrate, which are fixed in contact with each other. And optical elements whose axes are parallel to each other, wherein the first substrate and the second substrate are made of a light-shielding material.

前記第１基板および前記第２基板は、（１）カーボン含有ガラス、（２）カーボン、シリコン、酸化チタンのいずれかを含有する樹脂、（３）セラミックのいずれかが好適であり、前記光学要素は、カーボン含有の熱硬化型エポキシ樹脂により固定される。   The first substrate and the second substrate are preferably any one of (1) carbon-containing glass, (2) a resin containing any of carbon, silicon, and titanium oxide, and (3) ceramic. Is fixed by a carbon-containing thermosetting epoxy resin.

また、前記第１基板および前記第２基板は、金属とすることもでき、前記光学要素は、半田により固定される。   The first substrate and the second substrate may be made of metal, and the optical element is fixed by solder.

前記光学要素として、グレーデッドインデックス型光ファイバまたはステップインデックス型光ファイバを用いることができる。   As the optical element, a graded index optical fiber or a step index optical fiber can be used.

請求項９に記載の発明は、複数の光学要素がアレイ状に配置されたアレイ型光学素子の製造方法において、第１基板の一面に、複数の平行するＶ溝を形成する工程と、前記Ｖ溝を形成した面に接着剤を塗布し、光学要素を前記Ｖ溝に配設する工程と、前記第１基板の前記Ｖ溝を形成した面と、第２基板とを接合して、接着剤を硬化させる工程と、前記光学要素の光軸と垂直な面において、所望の幅で切断する工程とを備え、前記第１基板および前記第２基板は、遮光性を有する材料からなることを特徴とする。   According to a ninth aspect of the present invention, in the method of manufacturing an array type optical element in which a plurality of optical elements are arranged in an array, a plurality of parallel V-grooves are formed on one surface of the first substrate, and the V Adhesive is applied to the surface on which the groove is formed, and the step of disposing the optical element in the V-groove, the surface on which the V-groove of the first substrate is formed, and the second substrate are joined to form an adhesive. And a step of cutting with a desired width in a plane perpendicular to the optical axis of the optical element, wherein the first substrate and the second substrate are made of a light-shielding material. And

以上説明したように、本発明によれば、第１基板、光学要素および第２基板から構成されるアレイ型光学素子のうち、第１基板および第２基板を遮光性を有する材料とすることにより、個々の光学要素の特性のバラツキを小さく、チャネル間のクロストークを小さくすることが可能となる。   As described above, according to the present invention, among the array type optical elements composed of the first substrate, the optical element, and the second substrate, the first substrate and the second substrate are made of a light-shielding material. Thus, it is possible to reduce variations in characteristics of individual optical elements and to reduce crosstalk between channels.

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。本実施形態では、アレイ型光学素子の一例として、４チャネルのマイクロアレイレンズ、光フィルタおよびアパーチャについて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In this embodiment, a four-channel microarray lens, an optical filter, and an aperture will be described as an example of an array type optical element.

図１に、本発明の一実施形態にかかるマイクロアレイレンズの構造を示す。図１は、マイクロアレイレンズの光軸と垂直な一方の面を表している。マイクロアレイレンズ１０は、一辺に複数（４つ）のＶ溝が形成された第１基板１１と、Ｖ溝の形成された辺に対向して接合された第２基板１２と、Ｖ溝の２辺と第２基板１２の１辺とに接して固定され、個々のチャネルのマイクロレンズとなる光学要素１３とから構成されている。なお、Ｖ溝と光学要素１３との隙間には、接着剤１４が充填されている。   FIG. 1 shows the structure of a microarray lens according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 shows one surface perpendicular to the optical axis of the microarray lens. The microarray lens 10 includes a first substrate 11 having a plurality of (four) V-grooves formed on one side, a second substrate 12 bonded to the side on which the V-groove is formed, and two sides of the V-groove. And an optical element 13 which is fixed in contact with one side of the second substrate 12 and serves as a microlens for each channel. Note that a gap between the V groove and the optical element 13 is filled with an adhesive 14.

光学要素１３は、屈折率が半径方向に変化する屈折率プロファイルを有し、ＧＲＩＮレンズ、グレーデッドインデックス（ＧＩ）型光ファイバ等を適用することができる。接着剤１４として、ＵＶ硬化型または熱硬化型エポキシ樹脂等を用いることができる。   The optical element 13 has a refractive index profile in which the refractive index changes in the radial direction, and a GRIN lens, a graded index (GI) optical fiber, or the like can be applied. As the adhesive 14, a UV curable or thermosetting epoxy resin or the like can be used.

マイクロアレイレンズ１０は、例えば、直径１２５μｍのＧＩ型光ファイバを光学要素１３として使用し、２５０μｍ間隔でＶ溝が形成された第１基板１１を用いる。ＧＩ型光ファイバは、同一の光ファイバ心線を４つに分割して使用する。マイクロアレイレンズとなる光学要素の特性が、チャネル間でバラツキが小さくなるようにするためである。   The microarray lens 10 uses, for example, a first substrate 11 using a GI optical fiber having a diameter of 125 μm as the optical element 13 and having V grooves formed at intervals of 250 μm. The GI type optical fiber is used by dividing the same optical fiber core wire into four. This is because the characteristics of the optical element to be the microarray lens are less varied between the channels.

図２に、本発明の一実施形態にかかるマイクロアレイレンズの製造方法を示す。最初に、第１基板１１の一面に、複数の平行するＶ溝を形成する（図２（ａ））。従って、個々のチャネルの光学要素の光軸が相互に平行になる。次に、Ｖ溝を形成した面に接着剤１４を塗布し、光学要素１３としてＧＩ型光ファイバ１５を、Ｖ溝に配設する（図２（ｂ））。上述したように、ＧＩ型光ファイバは、同一の光ファイバ心線を４つに分割して使用する。第１基板１１のＶ溝を形成した面と、第２基板１２とを接合して、接着剤１４を硬化させる（図２（ｃ））。最後に、ダイシングソーを用いて、ＧＩ型光ファイバ１５の光軸と垂直な面において、所望の幅で切断し、マイクロアレイレンズ１０ａ，１０ｂを切り出していく（図２（ｄ））。   FIG. 2 shows a method for manufacturing a microarray lens according to an embodiment of the present invention. First, a plurality of parallel V-grooves are formed on one surface of the first substrate 11 (FIG. 2A). Accordingly, the optical axes of the optical elements of the individual channels are parallel to each other. Next, the adhesive 14 is applied to the surface on which the V-groove is formed, and the GI type optical fiber 15 is disposed as the optical element 13 in the V-groove (FIG. 2B). As described above, the GI type optical fiber uses the same optical fiber core wire divided into four. The surface of the first substrate 11 on which the V-groove is formed and the second substrate 12 are joined to cure the adhesive 14 (FIG. 2C). Finally, using a dicing saw, the microarray lenses 10a and 10b are cut out by cutting with a desired width on a plane perpendicular to the optical axis of the GI optical fiber 15 (FIG. 2 (d)).

光学要素１３の屈折率プロファイル、レンズ長（切断する基板の幅に等しい）により、焦点やＮＡ等の光学特性を調整することができる。   Optical characteristics such as focus and NA can be adjusted by the refractive index profile of the optical element 13 and the lens length (equal to the width of the substrate to be cut).

図３に、マイクロアレイレンズが接続される光モジュールの構成を示す。光モジュール３０は、一例として、発光面または受光面（以下、受発光面）３４を有する４つの発光素子または受光素子（以下、光素子という）３５を備えている。光素子３５は、箱型の筐体３２と、受発光面３４への光信号の入出力を可能にするサファイアガラスからなる蓋３３とにより封止されている（例えば、特許文献１参照）。筐体３２と蓋３３とは、金属半田により接合され、高い気密性を有していることから、外部環境から保護され、光素子３５の信頼性を確保している。光素子３５は、受発光面３４を蓋３３に対向させ、筐体３２に金属半田等により固定され、ボンディングワイヤ３６により、筐体３２の金属配線３７に接続されている。金属配線３７は、筐体３２を貫通して、筐体３２の裏面および側面にまで延長されている。筐体３２の裏面の金属配線３７には、リードピン３８が溶接（ろう付け等）により固定されている。   FIG. 3 shows a configuration of an optical module to which a microarray lens is connected. As an example, the optical module 30 includes four light emitting elements or light receiving elements (hereinafter referred to as optical elements) 35 having a light emitting surface or a light receiving surface (hereinafter referred to as a light receiving / emitting surface) 34. The optical element 35 is sealed by a box-shaped housing 32 and a lid 33 made of sapphire glass that enables input and output of optical signals to and from the light receiving and emitting surface 34 (see, for example, Patent Document 1). Since the casing 32 and the lid 33 are joined by metal solder and have high airtightness, the casing 32 and the lid 33 are protected from the external environment and ensure the reliability of the optical element 35. The optical element 35 is fixed to the housing 32 with metal solder or the like with the light emitting / receiving surface 34 facing the lid 33, and is connected to the metal wiring 37 of the housing 32 by a bonding wire 36. The metal wiring 37 extends through the housing 32 to the back and side surfaces of the housing 32. A lead pin 38 is fixed to the metal wiring 37 on the back surface of the housing 32 by welding (such as brazing).

図４に、ＰＬＣモジュールとマイクロアレイレンズと光モジュールとの間の接続方法を示す。マイクロアレイレンズ１０を、受光素子が集積された光モジュール３０とＰＬＣモジュール４０との間に挿入する。光モジュール３０は、実装ボード５１の実装面と、光モジュール３０の光素子３５の光軸とが平行になるように固定される。光モジュール３０の金属配線３７と実装ボード５１上に形成された電極５２とを、リードピン３８を介して金属半田等で固定するので、光モジュール３０を実装ボード５１上に強固に固定することができる。   FIG. 4 shows a connection method among the PLC module, the microarray lens, and the optical module. The microarray lens 10 is inserted between the optical module 30 in which the light receiving elements are integrated and the PLC module 40. The optical module 30 is fixed so that the mounting surface of the mounting board 51 and the optical axis of the optical element 35 of the optical module 30 are parallel to each other. Since the metal wiring 37 of the optical module 30 and the electrode 52 formed on the mounting board 51 are fixed by metal solder or the like via the lead pins 38, the optical module 30 can be firmly fixed on the mounting board 51. .

光モジュール３０の光素子３５は、その受発光面３４が、マイクロアレイレンズ１０の光学要素１３を介して、ＰＬＣモジュール４０の光導波路４３と光学的に結合する。マイクロアレイレンズ１０は、光学要素１３の光軸と垂直な一方の面において、光モジュール３０の蓋３３に、接着剤等を用いて接合される。   The light receiving / emitting surface 34 of the optical element 35 of the optical module 30 is optically coupled to the optical waveguide 43 of the PLC module 40 via the optical element 13 of the microarray lens 10. The microarray lens 10 is bonded to the lid 33 of the optical module 30 using an adhesive or the like on one surface perpendicular to the optical axis of the optical element 13.

ＰＬＣモジュール４０は、基板４１上にＰＬＣ４２が接合され、ＰＬＣ４２に光導波路４３と光機能素子が形成されている。ＰＬＣ４２の光導波路端面を含む面において、補強板としてのやとい４４がＰＬＣ４２上に接合されている。ＰＬＣ４０モジュールは、光導波路４３の端面を含む面において、光学要素１３の光軸と垂直な他方の面に、接着剤等を用いて接合される。   In the PLC module 40, a PLC 42 is bonded on a substrate 41, and an optical waveguide 43 and an optical functional element are formed on the PLC 42. On the surface including the end face of the optical waveguide of the PLC 42, a sheath 44 as a reinforcing plate is joined on the PLC 42. The PLC 40 module is bonded to the other surface perpendicular to the optical axis of the optical element 13 on the surface including the end surface of the optical waveguide 43 using an adhesive or the like.

図５に、マイクロアレイレンズと光素子との光学的結合の様子を示す。一例として、ＰＬＣ４０の光導波路４３から出射された光信号を、光モジュール３０の受光素子である光素子３５に入射させる場合を説明する。光導波路４３から出射された光信号は、マイクロアレイレンズ１０の光学要素１３で集光されて、蓋３３を透過する。さらに、光モジュール３０の内部空間を伝搬して、光素子３５の受発光面３４に入射される。光学要素１３は、光導波路４３の出射モード径、蓋３３と内部空間との間の屈折、受発光面３４の入射モード径等を考慮して、焦点やＮＡ等の光学特性が決定される。   FIG. 5 shows a state of optical coupling between the microarray lens and the optical element. As an example, a case where an optical signal emitted from the optical waveguide 43 of the PLC 40 is incident on the optical element 35 that is a light receiving element of the optical module 30 will be described. The optical signal emitted from the optical waveguide 43 is collected by the optical element 13 of the microarray lens 10 and passes through the lid 33. Further, the light propagates through the internal space of the optical module 30 and enters the light receiving / emitting surface 34 of the optical element 35. The optical element 13 has optical characteristics such as focus and NA determined in consideration of the emission mode diameter of the optical waveguide 43, the refraction between the lid 33 and the internal space, the incident mode diameter of the light receiving / emitting surface 34, and the like.

図１に示したマイクロアレイレンズ１０において、第１基板１１および第２基板１２とは、カーボン含有ガラスを用いて、遮光性を有する基板とする。また、接着剤１４も、カーボン含有の熱硬化型エポキシ樹脂を用いて、遮光性を有する接着剤とする。このような構成により、光学要素１３の開口部を除いて、光が透過しないようにする。これにより、蓋３３で反射した光、光素子３５で反射された光等が、ＰＬＣ４２に入射されるのを防ぐことができる。また、ＰＬＣ４２の光導波路４３以外の部分から漏洩した光が、光素子３５に入射されるのを防ぐことができる。   In the microarray lens 10 shown in FIG. 1, the first substrate 11 and the second substrate 12 are made of carbon-containing glass and have light shielding properties. The adhesive 14 is also a light-blocking adhesive using a carbon-containing thermosetting epoxy resin. With this configuration, light is prevented from transmitting except for the opening of the optical element 13. Thereby, the light reflected by the lid 33, the light reflected by the optical element 35, and the like can be prevented from entering the PLC. Further, it is possible to prevent light leaked from a part other than the optical waveguide 43 of the PLC 42 from entering the optical element 35.

第１基板１１および第２基板１２としてカーボン含有ガラスを用い、光学要素１３として石英ガラス光ファイバを用いた場合、第１基板１１および第２基板１２と光学要素１３との熱膨張率差が小さいので、熱歪を防止することができる。なお、第１基板１１および第２基板１２は、カーボン含有ガラスのみならず、カーボン、シリコン、酸化チタンを含有するアクリルまたはエポキシに代表される樹脂を用いることもできる。また、第１基板１１および第２基板１２として、アルミナ等に代表されるセラミックを用いてもよい。第１基板１１および第２基板１２として樹脂を用い、光学要素１３としてプラスチック光ファイバを用いた場合、第１基板１１および第２基板１２と光学要素１３との熱膨張率差が小さいので、熱歪を防止することができる。   When carbon-containing glass is used as the first substrate 11 and the second substrate 12, and a quartz glass optical fiber is used as the optical element 13, the difference in thermal expansion coefficient between the first substrate 11, the second substrate 12, and the optical element 13 is small. Therefore, thermal distortion can be prevented. In addition, the 1st board | substrate 11 and the 2nd board | substrate 12 can also use resin typified by the acrylic or epoxy containing not only carbon containing glass but carbon, silicon, and titanium oxide. Further, as the first substrate 11 and the second substrate 12, ceramics typified by alumina or the like may be used. When resin is used as the first substrate 11 and the second substrate 12 and a plastic optical fiber is used as the optical element 13, the difference in thermal expansion coefficient between the first substrate 11, the second substrate 12 and the optical element 13 is small. Distortion can be prevented.

図１に示したマイクロアレイレンズ１０において、第１基板１１および第２基板１２として、Ｆｅ−Ｎｉ合金を用いる。また、接着剤１４として、ＡｕＳｎ半田を用いる。このような構成により、光学要素１３の開口部を除いて、光が透過しないようにする。これにより、図５に示したように、蓋３３で反射した光、光素子３５で反射された光等が、ＰＬＣ４２に入射されるのを防ぐことができる。また、ＰＬＣ４２の光導波路４３以外の部分から漏洩した光が、光素子３５に入射されるのを防ぐことができる。第１基板１１および第２基板１２としてＦｅ−Ｎｉ合金を用い、光学要素１３として石英ガラス光ファイバを用いた場合、第１基板１１および第２基板１２と光学要素１３との熱膨張率差が小さいので、熱歪を防止することができる。   In the microarray lens 10 shown in FIG. 1, Fe—Ni alloy is used as the first substrate 11 and the second substrate 12. Further, AuSn solder is used as the adhesive 14. With this configuration, light is prevented from transmitting except for the opening of the optical element 13. Thereby, as shown in FIG. 5, it is possible to prevent the light reflected by the lid 33, the light reflected by the optical element 35, and the like from entering the PLC 42. Further, it is possible to prevent light leaked from a part other than the optical waveguide 43 of the PLC 42 from entering the optical element 35. When an Fe—Ni alloy is used as the first substrate 11 and the second substrate 12 and a quartz glass optical fiber is used as the optical element 13, the difference in thermal expansion coefficient between the first substrate 11 and the second substrate 12 and the optical element 13 is Since it is small, thermal distortion can be prevented.

第１基板１１および第２基板１２は、Ｆｅ−Ｎｉ合金のみならず、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金、ＣｕＷ、ＣｕＭｏなどのＣｕ合金を用いてもよい。また、半田は、ＡｕＳｎのみならず、ＳｎＰｂ、ＳｎＡｇＣｕ、ＡｇＣｕ等を用いることもできる。   The first substrate 11 and the second substrate 12 may use not only an Fe—Ni alloy but also a Cu alloy such as an Fe—Ni—Co alloy, CuW, or CuMo. Further, not only AuSn but also SnPb, SnAgCu, AgCu or the like can be used as the solder.

図１に示したマイクロアレイレンズ１０において、第１基板１１および第２基板１２として、カーボン含有ガラスを用いる。光学要素１３として、ステップインデックス（ＳＩ）型光ファイバを用い、接着剤１４としてカーボン含有の熱硬化型エポキシ樹脂を用いる。光学要素１３は、ＰＬＣ４２の光導波路４３と同じ光導波路として働き、光学要素１３の開口部を除いて光が透過しない。従って、マイクロアレイレンズ１０は、レンズとしての機能は有さず、アパーチャまたは遮光板として機能する。   In the microarray lens 10 shown in FIG. 1, carbon-containing glass is used as the first substrate 11 and the second substrate 12. A step index (SI) type optical fiber is used as the optical element 13, and a carbon-containing thermosetting epoxy resin is used as the adhesive 14. The optical element 13 functions as the same optical waveguide as the optical waveguide 43 of the PLC 42 and does not transmit light except for the opening of the optical element 13. Therefore, the microarray lens 10 does not have a function as a lens but functions as an aperture or a light shielding plate.

図６に、マイクロアレイレンズと光機能素子との間の接続方法を示す。実施例４では、マイクロアレイレンズ１０ａ，１０ｂを、ＰＬＣモジュール４０ａ，４０ｂのそれぞれに接合され、光機能素子６０を介して接続する。光機能素子６０は、各チャネルごとに光の透過をオン／オフかることができる光スイッチなどの能動素子、光減衰器、光フィルタなどの受動素子とすることができる。   FIG. 6 shows a connection method between the microarray lens and the optical functional element. In the fourth embodiment, the microarray lenses 10a and 10b are joined to the PLC modules 40a and 40b, respectively, and connected via the optical functional element 60. The optical functional element 60 can be an active element such as an optical switch capable of turning on / off light for each channel, or a passive element such as an optical attenuator or an optical filter.

マイクロアレイレンズ１０ａ，１０ｂの光学要素１３は、光導波路４３の入射または出射モード径、光機能素子６０との入射または出射モード径等を考慮して、焦点やＮＡ等の光学特性が決定される。マイクロアレイレンズ１０ａ，１０ｂにより、光学要素１３の開口部を除いて光が透過しないので、ＰＬＣモジュールの一方の光導波路４３以外の部分から漏洩した光が、ＰＬＣモジュールの他方の光導波路４３に入射されるのを防ぐことができる。   The optical elements 13 of the microarray lenses 10a and 10b have their optical characteristics such as focus and NA determined in consideration of the incident or exit mode diameter of the optical waveguide 43, the entrance or exit mode diameter with the optical functional element 60, and the like. Since the microarray lenses 10a and 10b do not transmit light except for the opening of the optical element 13, light leaked from a portion other than the one optical waveguide 43 of the PLC module enters the other optical waveguide 43 of the PLC module. Can be prevented.

実施例５では、図１の構成において、光学要素１３を配設せず、第１基板１１および第２基板１２を接着剤１４で接合する。第１基板１１および第２基板１２として、カーボン含有ガラスを用いる。また、接着剤１４として、カーボン含有の熱硬化型エポキシ樹脂を用いる。   In Example 5, the first substrate 11 and the second substrate 12 are bonded by the adhesive 14 without arranging the optical element 13 in the configuration of FIG. Carbon-containing glass is used as the first substrate 11 and the second substrate 12. Further, a carbon-containing thermosetting epoxy resin is used as the adhesive 14.

このような構成により、Ｖ溝部分のみ透光性を有するアパーチャを構成することができる。接着剤１４の屈折率は、１．５であり、光ファイバ、ＰＬＣとの屈折率差が、空気より小さいことから、挿入損失を小さくすることができる。   With such a configuration, an aperture having translucency only in the V-groove portion can be configured. The refractive index of the adhesive 14 is 1.5, and the difference in refractive index between the optical fiber and the PLC is smaller than that of air, so that the insertion loss can be reduced.

例えば、図４に示した構成において、ＰＬＣ４２が波長１．５５μｍ帯シングルモード光ファイバと同等のＮＡを有する光導波路４３を有し、光素子３５として直径０．１ｍｍのフォトダイオードを用いるとする。マイクロアレイレンズ１０の厚さを０．３ｍｍ、マイクロアレイレンズ１０の出射端から光素子３５の受光面３４までの距離０．３ｍｍとする。アパーチャが空気（屈折率１．０）のとき、光素子３５の受光感度は１．０Ａ／Ｗである。実施例５のようにアパーチャが接着剤（屈折率１．５）のとき、光素子３５の受光感度は１．１Ａ／Ｗとなり、従来と比較して、挿入損失を約０．４ｄＢ改善することができる。   For example, in the configuration shown in FIG. 4, it is assumed that the PLC 42 has an optical waveguide 43 having an NA equivalent to that of a single mode optical fiber having a wavelength of 1.55 μm, and a photodiode having a diameter of 0.1 mm is used as the optical element 35. The thickness of the microarray lens 10 is 0.3 mm, and the distance from the emission end of the microarray lens 10 to the light receiving surface 34 of the optical element 35 is 0.3 mm. When the aperture is air (refractive index 1.0), the light receiving sensitivity of the optical element 35 is 1.0 A / W. When the aperture is an adhesive (refractive index 1.5) as in the fifth embodiment, the light receiving sensitivity of the optical element 35 is 1.1 A / W, and the insertion loss is improved by about 0.4 dB compared to the conventional case. Can do.

図７に、マイクロアレイレンズと光モジュールとの間の接続方法を示す。図１に示したマイクロアレイレンズ１０においては、第１基板１１および第２基板１２を平行平板として作製した。実施例６においては、光軸と垂直な面に８度の角度を有し、光モジュール３０の蓋３３も光軸と垂直な面に角度を有する。マイクロアレイレンズ１０を蓋３３に接合することにより、光素子３５の受発光面３４を、マイクロアレイレンズ１０の光学要素１３を介して、ＰＬＣモジュール４０の光導波路４３と光学的に結合させる。   FIG. 7 shows a connection method between the microarray lens and the optical module. In the microarray lens 10 shown in FIG. 1, the first substrate 11 and the second substrate 12 were produced as parallel plates. In the sixth embodiment, the plane perpendicular to the optical axis has an angle of 8 degrees, and the lid 33 of the optical module 30 also has an angle in the plane perpendicular to the optical axis. By joining the microarray lens 10 to the lid 33, the light receiving / emitting surface 34 of the optical element 35 is optically coupled to the optical waveguide 43 of the PLC module 40 via the optical element 13 of the microarray lens 10.

このような構成により、マイクロアレイレンズ１０と蓋３３との間の境界面で生ずる反射光が、光導波路４３または受発光面３４に再結合することを防ぐことができる。例えば、マイクロアレイレンズ１０の光学要素１３の屈折率をｎ0、光モジュール３０の蓋３３の屈折率をｎ1とする。図４に示した構成において、光導波路４３から入射する光がマイクロアレイレンズ１０と蓋３３との境界で反射を生じるときの反射率Ｒは、
Ｒ＝（ｎ0−ｎ1）2／（ｎ0＋ｎ1）2
と表すことができる。ここで、マイクロアレイレンズ１０を石英ガラス（屈折率１．４７）とし、蓋３３をサファイアガラス（屈折率１．７４）とすると、約０．７％の反射（−２１．５ｄＢ）を生じる。実施例６において、図７に示した構成にすることにより、この反射成分が光導波路４３に再結合することを防ぐことができる。 With such a configuration, it is possible to prevent the reflected light generated at the interface between the microarray lens 10 and the lid 33 from recombining with the optical waveguide 43 or the light receiving / emitting surface 34. For example, the refractive index of the optical element 13 of the microarray lens 10 is n 0 , and the refractive index of the lid 33 of the optical module 30 is n 1 . In the configuration shown in FIG. 4, the reflectance R when light incident from the optical waveguide 43 is reflected at the boundary between the microarray lens 10 and the lid 33 is:
R = (n 0 −n 1 ) 2 / (n 0 + n 1 ) 2
It can be expressed as. Here, when the microarray lens 10 is made of quartz glass (refractive index 1.47) and the lid 33 is made of sapphire glass (refractive index 1.74), reflection of about 0.7% (-21.5 dB) is generated. In the sixth embodiment, the configuration shown in FIG. 7 can prevent this reflection component from recombining with the optical waveguide 43.

光軸と垂直な面の角度は、第１基板１１および第２基板１２の側面および光学要素１３の端面が、マイクロアレイレンズ１０の光軸と９０度±１０度、より好ましくは９０度±８度の角度を有するのが好適である。   The angle of the surface perpendicular to the optical axis is such that the side surfaces of the first substrate 11 and the second substrate 12 and the end surface of the optical element 13 are 90 ° ± 10 °, more preferably 90 ° ± 8 ° with the optical axis of the microarray lens 10. It is preferable to have an angle of

本発明の一実施形態にかかるマイクロアレイレンズの構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of the microarray lens concerning one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態にかかるマイクロアレイレンズの製造方法を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing method of the microarray lens concerning one Embodiment of this invention. 光モジュールの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of an optical module. ＰＬＣモジュールとマイクロアレイレンズと光モジュールとの間の接続方法を示す図である。It is a figure which shows the connection method between a PLC module, a microarray lens, and an optical module. マイクロアレイレンズと光素子との光学的結合の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of the optical coupling | bonding of a microarray lens and an optical element. マイクロアレイレンズと光機能素子との間の接続方法を示す図である。It is a figure which shows the connection method between a microarray lens and an optical function element. マイクロアレイレンズと光モジュールとの間の接続方法を示す図である。It is a figure which shows the connection method between a microarray lens and an optical module.

符号の説明Explanation of symbols

１０ マイクロアレイレンズ
１１ 第１基板
１２ 第２基板
１３ 光学要素
１４ 接着剤 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Microarray lens 11 1st board | substrate 12 2nd board | substrate 13 Optical element 14 Adhesive

Claims (10)

複数のチャネルの光学要素がアレイ状に配置されたアレイ型光学素子において、
一辺に複数のＶ溝が形成され第１基板と、
前記Ｖ溝の形成された辺に対向して接合された第２基板と、
前記Ｖ溝の２辺と前記第２基板の１辺とに接して固定され、個々のチャネルの光軸が相互に平行となる光学要素とを備え、
前記第１基板および前記第２基板は、遮光性を有する材料からなることを特徴とするアレイ型光学素子。 In an array type optical element in which optical elements of a plurality of channels are arranged in an array,
A plurality of V-grooves formed on one side and a first substrate;
A second substrate joined to face the side where the V-groove is formed;
An optical element fixed in contact with two sides of the V-groove and one side of the second substrate, and optical axes of individual channels being parallel to each other;
The array type optical element, wherein the first substrate and the second substrate are made of a light-shielding material. 前記第１基板および前記第２基板は、（１）カーボン含有ガラス、（２）カーボン、シリコン、酸化チタンのいずれかを含有する樹脂、（３）セラミックのいずれかであることを特徴とする請求項１に記載のアレイ型光学素子。   The first substrate and the second substrate are any one of (1) carbon-containing glass, (2) a resin containing any of carbon, silicon, and titanium oxide, and (3) ceramic. Item 4. The array type optical element according to Item 1. 前記光学要素は、カーボン含有の熱硬化型エポキシ樹脂により固定されていることを特徴とする請求項２に記載のアレイ型光学素子。   The array type optical element according to claim 2, wherein the optical element is fixed by a carbon-containing thermosetting epoxy resin. 前記第１基板および前記第２基板は、金属であることを特徴とする請求項１に記載のアレイ型光学素子。   The array type optical element according to claim 1, wherein the first substrate and the second substrate are made of metal. 前記光学要素は、半田により固定されていることを特徴とする請求項４に記載のアレイ型光学素子。   The array type optical element according to claim 4, wherein the optical element is fixed by solder. 前記光学要素は、屈折率が半径方向に変化する屈折率プロファイルを有するグレーデッドインデックス型光ファイバであることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のアレイ型光学素子。   6. The array type optical element according to claim 1, wherein the optical element is a graded index optical fiber having a refractive index profile in which a refractive index changes in a radial direction. 前記光学要素は、ステップインデックス型光ファイバであることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のアレイ型光学素子。   6. The array type optical element according to claim 1, wherein the optical element is a step index type optical fiber. 前記光軸と交差する、前記第１基板および前記第２基板の側面および前記光学要素の端面が、前記光軸と９０度±１０度以内の角度を有することを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載のアレイ型光学素子。   The side surfaces of the first substrate and the second substrate and the end surface of the optical element that intersect the optical axis have an angle of 90 degrees ± 10 degrees or less with the optical axis. The array type optical element according to any one of the above. 複数の光学要素がアレイ状に配置されたアレイ型光学素子の製造方法において、
第１基板の一面に、複数の平行するＶ溝を形成する工程と、
前記Ｖ溝を形成した面に接着剤を塗布し、光学要素を前記Ｖ溝に配設する工程と、
前記第１基板の前記Ｖ溝を形成した面と、第２基板とを接合して、接着剤を硬化させる工程と、
前記光学要素の光軸と垂直な面において、所望の幅で切断する工程とを備え、
前記第１基板および前記第２基板は、遮光性を有する材料からなることを特徴とするアレイ型光学素子の製造方法。 In the method of manufacturing an array type optical element in which a plurality of optical elements are arranged in an array,
Forming a plurality of parallel V-grooves on one surface of the first substrate;
Applying an adhesive to the surface on which the V-groove is formed, and disposing an optical element in the V-groove;
Bonding the surface of the first substrate on which the V-groove is formed and the second substrate to cure the adhesive;
Cutting at a desired width in a plane perpendicular to the optical axis of the optical element,
The method for manufacturing an array type optical element, wherein the first substrate and the second substrate are made of a light-shielding material. 前記光学要素は、同一の光ファイバ心線を分割したものであることを特徴とする請求項９に記載のアレイ型光学素子の製造方法。   10. The method of manufacturing an array type optical element according to claim 9, wherein the optical element is obtained by dividing the same optical fiber core wire.
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