JP2012098361A - 光モジュール - Google Patents

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Abstract

【課題】ミラー部の反射光の散乱成分が隣接するチャンネルに漏洩(クロストーク)し難くできる光モジュールを提供する。
【解決手段】内部導波路16のコア部17(A,B)は、基板1の溝1a内に複数本が平行に配置され、この溝1aは、複数本のコア部17(A,B)を一定のピッチPで配置できる横幅Wに形成されている。ミラー部15は、各コア部17(A,B)に対応して形成され、発光素子12aは、各ミラー部15に対応して実装され、溝1a内には、内部導波路16のクラッドが充填されている。ミラー部15の近傍の溝1a内に、ミラー部15の反射光の散乱成分aが、対応しないコア部17(A)または17(B)に漏洩しないように遮蔽する遮蔽部30が形成されている。
【選択図】図7

Description

本発明は、光信号を送信あるいは受信する光モジュールに関する。
データ通信の高速大容量化に伴い、従来のメタルケーブルを用いた電気信号通信に代わって、光ファイバー(光導波路を含む。)用いた光信号化が普及している。
光信号化は、電磁ノイズレス、高速、広帯域での絶縁信号伝送、省配線等のメリットもあり、近年では機器内通信への展開がめざましい。
機器内への組み込みには、光モジュールの小型、低背化は必須であり、これを実現する手段として、光素子(発光素子若しくは受光素子)を基板に実装し、その真下に光路変換するためのミラー部と、光信号伝送用の光ファイバー若しくは光導波路とを集積するモジュール形態がある。
例えば、図12に示す光モジュールでは、基板51の上に、受光素子52を支持した受光素子基板53を取付け、多チャンネル化のために、複数本の光ファイバー54を受光素子基板53の各V溝55でそれぞれ位置決めして、光ファイバー保持基板56で各光ファイバー54を保持する。また、光ファイバー保持基板56の凹溝56aに反射壁面(ミラー部)56bを形成する。そして、各光ファイバー54からの出射光を反射壁面56bで反射して受光素子52に投射するようになっている(特許文献1参照)。
ここで、各光ファイバー54の中を伝搬する光信号は、外部に漏れ出すことはほとんどない。
特開昭60−172004号公報
しかしながら、凹溝56aによって、各光ファイバー(チャンネル)54が光学的に繋がっているため、反射壁面(ミラー部)56bの反射光の散乱成分が、隣接する光ファイバー54に漏洩(クロストーク)しやすくなる。したがって、データ通信の高速大容量化や双方向通信に対応するための多チャンネル化に対応できないという問題があった。
本発明は、前記問題を解消するためになされたもので、ミラー部の反射光の散乱成分が隣接するチャンネルに漏洩(クロストーク)し難くできる光モジュールを提供することを目的とするものである。
前記課題を解決するために、本発明は、基板の表面に形成された溝内に設けられた内部導波路と、この溝の先端部に形成された光路変換用のミラー部と、このミラー部と対向するように基板の表面に実装され、ミラー部を介して内部導波路のコア部に光信号を発光し、若しくはミラー部を介して内部導波路のコア部からの光信号を受光する光素子と、内部導波路のコア部と光学的に結合されるファイバーコア部を有する光ファイバーを備えた光モジュールにおいて、前記コア部は、前記溝内に複数本が平行に配置され、前記溝は、複数本のコア部を一定のピッチで配置できる横幅に形成され、前記ミラー部は、各コア部に対応して形成され、前記光素子は、各ミラー部に対応して実装され、前記溝内には、内部導波路のクラッドが充填されていて、前記ミラー部の近傍の溝内に、ミラー部の反射光の散乱成分が、対応しないコア部に漏洩しないように遮蔽する遮蔽部が設けられていることを特徴とする光モジュールを提供するものである。
前記遮蔽部は、前記ミラー部の近傍から内部導波路に沿って、さらに光ファイバーの方向に延伸されている構成とすることができる。
前記遮蔽部は、前記隣り合うコア部の溝内に残された基板の一部で形成され、前記基板は、シリコン基板である構成とすることができる。
前記遮蔽部の表面には、前記溝の表面も含めて酸化膜層が形成されている構成とすることができる。
前記遮蔽部の表面に、酸化膜層の除去部分が形成されている構成とすることができる。
前記遮蔽部の表面に、この遮蔽部に沿った光吸収体が配置されている構成とすることができる。
本発明によれば、複数本のコア部を1本の溝内に配置した、多チャンネルの光モジュールにおいて、ミラー部の近傍の溝内に、ミラー部の反射光の散乱成分が、対応しないコア部に漏洩しないように遮蔽する遮蔽部を設けたものである。したがって、遮蔽部によって、ミラー部の反射光の散乱成分が、対応しないコア部、つまり隣接するチャンネルに漏洩(クロストーク)し難くなる。これにより、データ通信の高速大容量化や双方向通信に対応するための多チャンネル化に対応できるようになる。また、複数本のコア部を1本の溝内に配置することで、コア部を狭ピッチ化できるので、光モジュールの小型化に寄与できるようになる。
本発明に係る光モジュールの概略側面図である。 図1の発光側の光モジュールの第1基板であり、(a)は側面断面図、(b)は(a)のI−I線断面図、(c)は(a)のII−II線断面図である。 図2の第1基板であり、(a)は斜視図、(b)は内部導波路を形成した斜視図である。 第1基板であり、(a)は発光素子を実装した斜視図、(b)は光ファイバーを挿入した斜視図である。 (a)は第1基板に押さえブロックを固定した斜視図、(b)は光ファイバーの斜視図である。 遮蔽部を設けた第1基板の斜視図である。 (a)は、(b)のIII−III線断面図、(b)は図6のコア部とクラッド部の平面図である。 (a)は遮蔽部に酸化膜層を形成した第1基板の断面図、(b)は遮蔽部の酸化膜層の除去部分を形成した第1基板の断面図である。 遮蔽部に光吸収体を配置した第1基板の断面図である。 比較例の第1基板の斜視図である。 (a)は、(b)のIV−IV線断面図、(b)は図10のコア部とクラッド部の平面図である。 従来の光モジュールであり、(a)は斜視図、(b)は断面図である。
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図1は本発明に係る光モジュールの概略側面図である。図2は図1の発光側の光モジュールの第1基板1であり、(a)は側面断面図、(b)は(a)のI−I線断面図、(c)は(a)のII−II線断面図である。図3は第1基板1であり、(a)は斜視図、(b)は内部導波路16を形成した斜視図である。図4は第1基板1であり、(a)は発光素子12aを実装した斜視図、(b)は光ファイバー2を挿入した斜視図である。図5(a)は押さえブロック24を固定した斜視図、図5(b)は光ファイバー2の斜視図である。
ここで、図1〜図5は、1本のコア部17を第1基板1,3の1本の第1溝1a内に配置した、単チャンネルの光モジュールであるが、この図1〜図5によって、先ず、光モジュールの概要を説明する。その後、本発明に係る複数本のコア部17(A,B)を第1基板1,3の1本の第1溝1a内に配置した、多チャンネルの光モジュールについて、図6〜図11で詳細に説明する。
図1において、光モジュールは、発光側の第1基板(マウント基板)1と、受光側の第1(マウント)基板3と、この第1基板1,3を光学的に結合する光ファイバー2とを備えている。
第1基板1,3は、実装時の熱の影響や使用環境による応力の影響を避けるために、剛性が必要である。また、光伝送の場合は、発光素子から受光素子までの光結合効率が必要になるので、光素子を高精度に実装することや使用中の位置変動を極力抑制する必要がある。このため、第1基板1,3として、本実施形態ではシリコン(Si)基板が採用されている。
特にシリコン基板であれば、シリコンの結晶方位を利用して表面に高精度のエッチング溝加工が可能〔この溝を利用して高精度なミラー部15(後述)、溝内に内部導波路16(後述)を形成する。〕となる。また、シリコン基板は、平坦性も良好である。
第1基板1,3は、それよりもサイズが大きい第2基板(インタポーザ基板)6の表面(上面)にそれぞれ設置されている。各第2基板6の裏面(下面)には、他の回路装置に電気的に接続するためのコネクタ7がそれぞれ取付けられている。
第1基板1の表面(上面)には、電気信号を光信号に変換する発光素子12aが発光面を下向きとしてバンプ12c(図2参照)でフリップチップ実装されている。また、第2基板6の表面には、この発光素子12aに電気信号を送信するためのIC回路が形成されたIC基板(信号処理部)4aが実装されている。
発光素子12aとして、本実施形態では、半導体レーザである面発光レーザ〔VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser)〕が採用されている。この発光素子12aはLED等でもよい。
IC基板4aは、前記VCSELを駆動させるドライバICであり、発光素子12aの近傍に配設されている。そして、発光素子12aおよびIC基板4aは、第1基板1の表面と第2基板6の表面に形成されたメタル回路(銅や金スパッタによるパターニング回路)に接続されている。
第1基板1の表面には、図3(a)に示すように、略台形状の第1溝(導波路形成用溝)1aと、第1溝1aよりも深い略V字形状の第2溝1bが前後方向に連なって形成されている。
第1溝1aの先端部には、発光素子12aの真下となる位置に、光路を90度屈曲させるための光路変換用のミラー部15が形成されている。
第1基板1の第1溝1a内には、図3(b)に示すように、第1基板1の発光素子12aと光学的に結合する内部導波路16が設けられている。この内部導波路16は、ミラー部15から第2溝1bの方向に延在していて、第1溝1aの後端部1dと面一となっている。
内部導波路16は、光が伝播する屈折率の高い断面略正方形状のコア部17と、それよりも屈折率の低いクラッド部18とから構成されている。図2(c)のように、コア部17の左右の両面は、クラッド部18で覆われている。
図4(a)のように、内部導波路16が設けられた第1基板1の表面の所定位置には、発光素子12aが実装され、この発光素子12aとコア部17との間の空間には、図2(a)のように、光学透明樹脂13が充填されている。
図1に戻って、受光側の第1基板3について説明する。この受光側の第1基板3の基本的な構成は、発光側の第1基板1と同様に構成されている。ただし、受光側の第1基板3の表面(上面)に、光信号を電気信号に変換する受光素子12bが受光面を下向きとしてバンプでフリップチップ実装されている。また、第2基板6の表面に、この受光素子12bに電気信号を送信するためのIC回路が形成されたIC基板(信号処理部)4bが実装されている点で、発光側の第1基板1と異なる。この受光素子12bとしては、PD(Photo Diode)が採用されており、IC基板4bは、電流・電圧の変換を行うTIA(Trans−impedance Amplifier)などの素子である。
発光側の第1基板1と受光側の第1基板3およびIC基板4a,4bは、第2基板6の表面に取付けたシールドケース8でそれぞれシールドされていて、光ファイバー2は、シールドケース8の貫通孔8aを貫通させている。
次に、光ファイバー2を説明する。光ファイバー2は、図1および図5に示すように、発光側の第1基板1の内部導波路16のコア部17と、受光側の第1基板3の内部導波路16のコア部17とを光学的に結合可能なファイバーコア部21を内部に有している。そして、このファイバーコア部21の外周を包囲するファイバークラッド部22と、このファイバークラッド部22の外周を被覆する被覆部23とで構成されるコードタイプである。このファイバーコア部21とファイバークラッド部22と被覆部23は円形状である。
光ファイバー2は、図1のように、シールドケース8の貫通孔8aを貫通して第1基板1の第2溝1bの手前付近で被覆部23が剥がされて、ファイバークラッド部22が露出されている。
そして、図2(a)(c)および図4(b)のように、第1基板1の第2溝1bに光ファイバー2のファイバークラッド部22を設置して、第1溝1aとの境部分の立ち上がり傾斜部でファイバークラッド部22の位置決めをする。このときに、第1基板1の内部導波路16のコア部17と光ファイバー2のファイバーコア部21の光軸が一致した位置決め状態で光学的に結合されるようになる。
第1基板1の内部導波路16のコア部17の端面と光ファイバー2のファイバーコア部21の端面との間の隙間は、200μm¥以下となる。一般的には、光結合効率が100%となる、隙間0が好ましいが、本構成においては、第1基板15の溝幅と光ファイバークラッド部26の外径サイズの制約上、隙間は60μmから100μmとなる。
第1基板1の表面の位置において、図2(a)および図5のように、光ファイバー2のファイバークラッド部22の上部には押えブロック24が配置され、この押えブロック24と第2溝1bとの間の空間には、接着剤14が充填されている。
このように、光ファイバー2のファイバークラッド部22の先端側は、押えブロック24で第2溝1bに押え付けられた状態で、押えブロック24とともに第1基板1に接着剤14で接着固定されるようになる。
一方、図6および図7は、本発明に係る複数本のコア部17(A,B)を1本の第1溝1a内に配置した、多チャンネルの光モジュールである。なお、図7(b)はコア部17(A,B)とクラッド部18の平面図であるが、クラッド部18の範囲をわかりやすくするために、クラッド部18にハッチングを施している。後述する図11(b)も同様である。
複数本(本例では2本)のコア部17(A,B)は、第1基板1の表面の略台形状の第1溝1a内に平行に配置されている。第1溝1aは、複数本のコア部17(A,B)を一定のピッチPで配置できる横幅Wに形成されている。
また、ミラー部15は、各コア部17(A,B)に対応して形成されている。同様に、発光素子12aは、各ミラー部15に対応して実装されている。具体的には、各ミラー部15に対応する2個の発光素子12aを保持するホルダー11が設けられ、このホルダー11の各発光素子12aの回路がバンプ12cでメタル回路(銅や金スパッタによるパターニング回路)10にフリップチップ実装されている。
そして、隣り合うミラー部15の近傍の第1溝1a内には、ミラー部15の反射光の散乱成分〔図7(a)の矢印aを参照〕が、対応しないコア部17(A)または17(B)に漏洩しないように遮蔽する遮蔽部30が形成されている。
この遮蔽部30は、隣り合うミラー部15の近傍の間に、第1溝1aを形成しないで、第1基板1を残した、つまり、第1基板1の一部を利用して、第1溝1aの底から上向き隆起状の遮蔽部30としたものである。
そして、第1溝1a内に内部導波路16のクラッドを充填して、クラッド部18を形成している。
前記のような光モジュールは、複数本のコア部17(A,B)を1本の第1溝1a内に配置した、多チャンネルの光モジュールである。そして、ミラー部15の近傍の第1溝1a内に、ミラー部15の反射光の散乱成分aが、対応しないコア部17(A)または17(B)に漏洩しないように遮蔽する遮蔽部30を形成したものである。
したがって、遮蔽部30によって、ミラー部15の反射光の散乱成分aが遮蔽されるようになる。すなわち、図7(a)(b)の例では、コア部17(B)のミラー部15の反射光の散乱成分aが、隣接するチャンネルであるコア部17(A)に漏洩(クロストーク)し難くなる。
これにより、データ通信の高速大容量化や双方向通信に対応するための多チャンネル化に対応できるようになる。また、複数本のコア部17(A,B)を1本の第1溝1a内に配置することで、コア部17(A,B)を狭ピッチ化できるので、光モジュールの小型化に寄与できるようになる。なお、図6および図7(以下の図も同様。)では、遮蔽部30の横幅をコア部17(A,B)の横幅よりも広く描いているが、実際には、コア部17(A,B)の横幅よりも狭くできるものである。
この遮蔽部30は、ミラー部15の近傍から内部導波路16に沿って、さらに光ファイバー2の方向に適当な長さで延伸させれば〔図7(b)の矢印cを参照〕、コア部17(A,B)の直線部分からの漏洩も抑制できるようになる。
さらに、遮蔽部30は、隣り合うコア部17(A,B)の第1溝1a内に残された第1基板1の一部で形成したものである。そして、第1基板1がシリコン基板であれば、エッチング加工によって、平滑で高精度なミラー部15と、隆起状の遮蔽部30を有する第1溝1aとが同時にかつ容易に形成できるようになる。
因みに、図6に対応する図10と、図7に対応する図11に示す光モジュールは、比較のために示した、遮蔽部30の無いタイプをある。このタイプによれば、ミラー部15の反射光の散乱成分aが遮蔽されないので、図11(a)(b)の例では、コア部17(B)のミラー部15の反射光の散乱成分aが、隣接するチャンネルであるコア部17(A)に漏洩(クロストーク)することが分かる。
図8(a)は、第1基板1の隆起状の遮蔽部30の表面に、第1溝1aの表面も含めて酸化膜層34を形成したものである。なお、酸化膜層34は、ミラー部15の近傍の遮蔽部30の表面だけに限られず、第1基板1の表面全体に形成してもよい。
これによれば、酸化膜層34が反射層となるので、散乱成分aの漏洩をより抑制できるようになる。また、コア部17(A,B)の屈折率を遮蔽部30である酸化膜層の屈折率よりも高くすることで、酸化膜層34を下部クラッドとすることができる。
図8(b)は、図8(a)の隆起状の遮蔽部30の表面に、酸化膜層34の除去部分32を形成したものである。
これによれば、ホルダー11(発光素子12a)とクラッド部18を多重反射する漏洩光dが発生した場合、この漏洩光dを酸化膜層34の除去部分32から第1基板1に吸収させることができる。
図9は、第1基板1の隆起状の遮蔽部30の表面に、この遮蔽部30に沿った光吸収体35を配置したものである。光吸収体35としては、例えば不透光性のアクリル若しくはエポキシ樹脂がある。
これによれば、発光素子12aとクラッド部18を多重反射する漏洩光dが発生した場合、この漏洩光dを光吸収体35で吸収させることができる。
前記実施形態では、第1基板1の一部を利用して、第1溝1aの底から上向き隆起状の遮蔽部30としたものであったが、これに限らない。例えば、隣り合うコア部17(A,B)の間に、別の遮蔽シート等を介在させた遮蔽部であってもよい。
以上のように、本発明に係る光モジュールは、基板の表面に形成された溝内に設けられた内部導波路と、この溝の先端部に形成された光路変換用のミラー部と、このミラー部と対向するように基板の表面に実装され、ミラー部を介して内部導波路のコア部に光信号を発光し、若しくはミラー部を介して内部導波路のコア部からの光信号を受光する光素子と、内部導波路のコア部と光学的に結合されるファイバーコア部を有する光ファイバーを備えた光モジュールにおいて、前記コア部は、前記溝内に複数本が平行に配置され、前記溝は、複数本のコア部を一定のピッチで配置できる横幅に形成され、前記ミラー部は、各コア部に対応して形成され、前記光素子は、各ミラー部に対応して実装され、前記溝内には、内部導波路のクラッドが充填されていて、前記ミラー部の近傍の溝内に、ミラー部の反射光の散乱成分が、対応しないコア部に漏洩しないように遮蔽する遮蔽部が形成されていることを特徴とするものである。
これによれば、複数本のコア部を1本の溝内に配置した、多チャンネルの光モジュールにおいて、ミラー部の近傍の溝内に、ミラー部の反射光の散乱成分が、対応しないコア部に漏洩しないように遮蔽する遮蔽部を形成したものである。したがって、遮蔽部によって、ミラー部の反射光の散乱成分が、対応しないコア部、つまり隣接するチャンネルに漏洩(クロストーク)し難くなる。これにより、データ通信の高速大容量化や双方向通信に対応するための多チャンネル化に対応できるようになる。また、複数本のコア部を1本の溝内に配置することで、コア部を狭ピッチ化できるので、光モジュールの小型化に寄与できるようになる。
また、前記遮蔽部は、前記ミラー部の近傍から内部導波路に沿って、さらに光ファイバーの方向に延伸されている構成とすることができる。
これによれば、コア部の直線部分からの漏洩も抑制できるようになる。
また、前記遮蔽部は、前記隣り合うコア部の溝内に残された基板の一部で形成され、前記基板は、シリコン基板である構成とすることができる。
これによれば、基板がシリコン基板であれば、エッチング加工によって、平滑で高精度なミラー部と、隆起状の遮蔽部を有する溝とが同時にかつ容易に形成できるようになる。
また、前記遮蔽部の表面には、前記溝の表面も含めて酸化膜層が形成されている構成とすることができる。
これによれば、酸化膜層が反射層となるので、散乱成分の漏洩をより抑制できるようになる。また、コア部の屈折率を酸化膜層の屈折率よりも高くすることで、酸化膜層を下部クラッドとすることができる。
また、前記遮蔽部の表面に、酸化膜層の除去部分が形成されている構成とすることができる。
これによれば、光素子とクラッド部を多重反射する漏洩光が発生した場合、この漏洩光を酸化膜層の除去部分から基板に吸収させることができる。
また、前記遮蔽部の表面に、この遮蔽部に沿った光吸収体が配置されている構成とすることができる。
これによれば、光素子とクラッドを多重反射する漏洩光が発生した場合、この漏洩光を光吸収体で吸収させることができる。
1 第1基板
1a 第1溝
2 光ファイバー
12a 発光素子(光素子)
15 ミラー部
16 内部導波路
17(A,B) コア部
18 クラッド部
21 ファイバーコア部
30 遮蔽部
32 除去部分
34 酸化膜層
35 光吸収体
a,d 散乱成分
P ピッチ
W 横幅

Claims (6)

  1. 基板の表面に形成された溝内に設けられた内部導波路と、この溝の先端部に形成された光路変換用のミラー部と、このミラー部と対向するように基板の表面に実装され、ミラー部を介して内部導波路のコア部に光信号を発光し、若しくはミラー部を介して内部導波路のコア部からの光信号を受光する光素子と、内部導波路のコア部と光学的に結合されるファイバーコア部を有する光ファイバーを備えた光モジュールにおいて、
    前記コア部は、前記溝内に複数本が平行に配置され、前記溝は、複数本のコア部を一定のピッチで配置できる横幅に形成され、前記ミラー部は、各コア部に対応して形成され、前記光素子は、各ミラー部に対応して実装され、前記溝内には、内部導波路のクラッドが充填されていて、
    前記ミラー部の近傍の溝内に、ミラー部の反射光の散乱成分が、対応しないコア部に漏洩しないように遮蔽する遮蔽部が設けられていることを特徴とする光モジュール。
  2. 前記遮蔽部は、前記ミラー部の近傍から内部導波路に沿って、さらに光ファイバーの方向に延伸されていることを特徴とする請求項1に記載の光モジュール。
  3. 前記遮蔽部は、前記隣り合うコア部の溝内に残された基板の一部で形成され、前記基板は、シリコン基板であることを特徴とする請求項1に記載の光モジュール。
  4. 前記遮蔽部の表面には、前記溝の表面も含めて酸化膜層が形成されていることを特徴とする請求項3に記載の光モジュール。
  5. 前記遮蔽部の表面に、酸化膜層の除去部分が形成されていることを特徴とする請求項4に記載の光モジュール。
  6. 前記遮蔽部の表面に、この遮蔽部に沿った光吸収体が配置されていることを特徴とする請求項1に記載の光モジュール。
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