JP2012215876A - Optical coupling circuit and optical module for signal transmission/reception using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光結合回路及びこれを用いた信号送受信用光モジュールに係り、特に、サーバ,ルータ,又はHPCに適用する光インターコネクション用モジュールに用いられる光結合回路及びこれを用いた信号送受信用光モジュールに関する。 The present invention relates to an optical coupling circuit and an optical module for signal transmission / reception using the optical coupling circuit, and more particularly to an optical coupling circuit used for an optical interconnection module applied to a server, router, or HPC, and for signal transmission / reception using the optical coupling circuit. The present invention relates to an optical module.
(最近の動向)
10〔Gbps 〕以上のインターコネクションの高速化において、電気伝送の限界が見えはじめている。特に、筐体間の伝送距離を確保するための電気伝送では、波形整形回路を付加するなどに起因して消費電力の増大が問題になっている。そのため、昨今にあっては、光インターコネクションを用いて波形整形回路を不要とすることで消費電力を低減することが提案されている。
(Recent trends)
In the speeding up of interconnections of 10 [Gbps] or more, the limit of electric transmission is beginning to appear. In particular, in electrical transmission for securing a transmission distance between housings, an increase in power consumption is a problem due to the addition of a waveform shaping circuit. Therefore, in recent years, it has been proposed to reduce power consumption by eliminating the need for a waveform shaping circuit using optical interconnection.
一方、インターコネクション用として光インターコネクションを用いる場合には、電気信号を光信号に、又光信号を電気信号に変換する光モジュールが必要である。
このような光モジュールの例として、非特許文献1や非特許文献2にはマルチチャンネルの光トランシーバが報告されている。
On the other hand, when an optical interconnection is used for interconnection, an optical module that converts an electrical signal into an optical signal and an optical signal into an electrical signal is required.
As an example of such an optical module, Non-Patent
非特許文献1の図1や非特許文献2の図7および図9に示されるように、光モジュールは、光駆動回路(LDD,TIA)と光素子(VCSEL,PD)、レンズ、電気配線、光配線、ミラー、及びコネクタから構成される。このような光モジュールでは、光素子としては面発光レーザ素子(面発光型半導体レーザ:VCSEL)が用いられる。
As shown in FIG. 1 of Non-Patent
この面発光レーザ(VCSEL)は端面発光レーザに比べて動作電流が小さく、これを駆動するICの消費電力を抑制できるメリットがある。この面発光レーザにおいては、レーザ光はVCSELチップに対して垂直方向に出射される。
このため、非特許文献1のようにポリマー導波路を光信号線路に用いる場合や、非特許文献2のようにマルチモード光ファイバ(MMF)と結合し且つモジュールが実装されるボードとボードの間隔が狭い場合には、反射端面が45度に設定された45度ミラーとレンズとを介することで、光素子と導波路の間の光結合を行なっている。
This surface-emitting laser (VCSEL) has a merit that the operating current is smaller than that of the edge-emitting laser, and the power consumption of the IC that drives the laser can be suppressed. In this surface emitting laser, the laser light is emitted in a direction perpendicular to the VCSEL chip.
Therefore, when a polymer waveguide is used for an optical signal line as in Non-Patent
この45度ミラーは作製しやすく光路を変換できるが、自由空間において45度ミラーだけでは光が広がってしまう。従って高効率の光結合を実現するためにレンズと一緒に用いられる。 This 45 degree mirror is easy to manufacture and can change the optical path, but light spreads in free space only with the 45 degree mirror. Therefore, it is used together with a lens to realize highly efficient optical coupling.
これに対して、45度ミラーとレンズの組み合わせを用いずに光路を変換するものとしては特許文献1の図14や図17に示される光路変換部品がある。
この特許文献1に開示された構造では、光は導波路により閉じ込められたまま45度ミラーにより光路が変換できるために、光は広がることなく光路変換をすることが可能となる。
更に、電気信号を光信号に変換して光導波路に送り込む光電変換部材として面発光レーザが知られている(特許文献2)。
On the other hand, there is an optical path conversion component shown in FIG. 14 or FIG. 17 of
In the structure disclosed in
Furthermore, a surface emitting laser is known as a photoelectric conversion member that converts an electrical signal into an optical signal and sends it to an optical waveguide (Patent Document 2).
ここで、電気伝送を代替するような光インタ−コネクションには、従来より低コスト化が求められる。しかしながら、この光インタ−コネクションについては、光モジュールの部品コスト及びアセンブリコストが高いため、高性能コンピューティングシステム(HPC:High Performance Computing systems)や高級ルータなどの高価な装置にしか導入が進んでいなかった。 Here, cost reduction is required for an optical interconnection that replaces electric transmission. However, since the optical module component cost and assembly cost are high, this optical interconnection has been introduced only in expensive devices such as high-performance computing systems (HPCs) and high-end routers. There wasn't.
又、非特許文献1や非特許文献2のようにレンズとミラーを使う光モジュールには、低コスト化に向けて部品点数の削減が求められている。
更に、レンズを用いない特許文献1のような構造では、部品点数を減らせる可能性はあるものの部材の作製ばらつきを考慮すると、光路変換部品と導波路の間の光軸調整が難しいという課題があり、これがため、低コストの画像処理などを利用しての実装を適用することができないという問題があった。
また、特許文献2では、光電変換部材にかかる技術内容の開示にとどめられており、その応用回路については開示がない。
In addition, optical modules using lenses and mirrors as in Non-Patent
Furthermore, in the structure as in
Moreover, in
(発明の目的)
本発明は、かかる関連技術の有する不都合を改善し、特に部品点数が少なく且つ安価に入手し得る生産性良好な光結合回路及びこれを用いた信号送受信用光モジュールを提供することを、その目的とする。
(Object of invention)
It is an object of the present invention to provide an optical coupling circuit that improves the disadvantages of the related technology and has a low productivity and can be obtained at low cost, and an optical module for signal transmission and reception using the same. And
上記目的を達成するため、本発明にかかる光結合回路は、基板上に配設され一方の端部にて入出力される光信号を他方の端部に向けて案内する導波路と、この導波路の他方の端部に対向して配設され当該導波路の設置面とは異なった方向への光信号の送受信を案内する45度多重反射ミラーと、この45度多重反射ミラーを介して前記導波路との間で光信号を連係して送受信し外部に対しては信号の授受を中継する信号伝達手段とを備え、
前記導波路の他方の端部を、前記45度多重反射ミラーが備えている複数の光信号伝送多重層の内の少なくとも一つの層に対応させて配設すると共に、
この導波路の前記45度多重反射ミラー側に、当該45度多重反射ミラーの光入出面に対向して前記光信号の広がりを抑制する光レンズ部を設けると共に、この光レンズ部を前記導波路と一体化するという構成を採っている。
In order to achieve the above object, an optical coupling circuit according to the present invention includes a waveguide disposed on a substrate and guiding an optical signal input / output at one end toward the other end, and the waveguide. A 45-degree multi-reflection mirror disposed opposite the other end of the waveguide and guiding transmission / reception of optical signals in a direction different from the installation surface of the waveguide, and the 45-degree multi-reflection mirror through the 45-degree multi-reflection mirror A signal transmission means for linking and transmitting optical signals to and from the waveguide and relaying signal transmission and reception to the outside;
The other end of the waveguide is disposed so as to correspond to at least one of a plurality of optical signal transmission multiple layers provided in the 45-degree multiple reflection mirror, and
An optical lens portion for suppressing the spread of the optical signal is provided on the 45 ° multiple reflection mirror side of the waveguide so as to oppose the light input / output surface of the 45 ° multiple reflection mirror, and the optical lens portion is disposed on the waveguide. It is configured to be integrated with.
又、上記目的を達成するため、本発明にかかる信号送受信用光モジュールは、同一ボード上に装備され伝送信号処理部に外部入力される電気信号を外部に向けて送信する発信信号処理部に伝送するための光式インターコネクション回路を備え、
前記光式インターコネクション回路を、前記伝送信号処理部に連結された送信側光アセンブリと、前記発信信号処理部に連結された受信側光アセンブリと、前記各光アセンブリを相互に連結するポリマー導波路とにより構成すると共に、
前記送信側光アセンブリとしては電気信号を光信号に変換する面発光レーザを含むものを採用し、又受信側光アセンブリとしてはホトダイオード含むものを採用した。
In order to achieve the above object, an optical module for signal transmission / reception according to the present invention is transmitted to a transmission signal processing unit that is provided on the same board and transmits an externally input electric signal to the transmission signal processing unit. With an optical interconnection circuit for
The optical interconnection circuit includes a transmission-side optical assembly coupled to the transmission signal processing unit, a reception-side optical assembly coupled to the transmission signal processing unit, and a polymer waveguide that interconnects the optical assemblies. And consisting of
As the transmission side optical assembly, one including a surface emitting laser for converting an electric signal into an optical signal is adopted, and as the reception side optical assembly, one including a photodiode is adopted.
更に、上記目的を達成するため、本発明にかかる信号送受信用光モジュールは、一方のボードに装備された複数の伝送信号処理部に入力される送信用の電気信号を、他方のボードに装備され外部に発信する複数の発信信号処理部に伝送するための光式インターコネクション回路を備え、
前記光式インターコネクション回路を、前記各伝送信号処理部から出力される複数の電気信号を光信号に変換する複数の送信側光アセンブリと、前記光信号を複数のポリマー導波路を介して取り込み前記他方のボード側へ伝送する光信号中継手段と、この光信号中継手段を介して伝送されて来る光信号を複数のポリマー導波路を介して取り込み電気信号に変換して前記各発信信号処理部に伝送する複数の受信側光アセンブリとを含む構成とし、
前記光信号中継手段を、前記一方と他方の各ボード相互間に設置された光結合用の複数本の中継光ファイバーと、この複数本の中継光ファイバーと前記一方のボード上の前記複数の導波路とを光結合する一方の中継用光連結回路と、前記複数本の中継光ファイバーと前記他方のボード上の前記複数の導波路とを光結合する他方の中継用光連結回路とにより構成した。
更に、前記送信側光アセンブリとしては電気信号を光信号に変換する面発光レーザを含むものを採用し、又受信側光アセンブリとしてはホトダイオード含むものを採用した。
Furthermore, in order to achieve the above object, the signal transmission / reception optical module according to the present invention is equipped with an electrical signal for transmission input to a plurality of transmission signal processing units equipped on one board on the other board. Provided with an optical interconnection circuit for transmission to a plurality of outgoing signal processing units to be transmitted to the outside,
The optical interconnection circuit includes a plurality of transmission-side optical assemblies that convert a plurality of electrical signals output from the transmission signal processing units into optical signals, and the optical signals are captured via a plurality of polymer waveguides. An optical signal relay means for transmitting to the other board side, and an optical signal transmitted through the optical signal relay means is taken in through a plurality of polymer waveguides and converted into an electrical signal to each of the transmission signal processing sections. A plurality of receiving side optical assemblies for transmission,
The optical signal relay means includes a plurality of relay optical fibers for optical coupling installed between the one and the other boards, the plurality of relay optical fibers, and the plurality of waveguides on the one board. And the other relay optical coupling circuit that optically couples the plurality of relay optical fibers and the plurality of waveguides on the other board.
Further, the transmitter side optical assembly includes a surface emitting laser that converts an electrical signal into an optical signal, and the receiver side optical assembly includes a photodiode.
また、上記目的を達成するため、本発明にかかる信号送受信用光モジュールは、同一ボード上に装備された伝送信号処理部に外部入力される電気信号を、外部に向けて送信する発信信号処理部に伝送するための光式インターコネクション回路を備えた信号送受信用モジュールにおいて、
前記光式インターコネクション回路を、前記伝送信号処理部に連結された送信側光アセンブリ(一方の光結合回路)と、前記発信信号処理部に連結された受信側光アセンブリ(他方の光結合回路)と、前記各光アセンブリを相互に連結するポリマー導波路とにより構成し、
前記送信側光アセンブリとして前記請求項4に記載の光結合回路を装備すると共に、この光結合器が備えている信号伝達手段を当該信号伝達手段に併設されている45度多重反射ミラーと共に前記ボード上に固定する光・電気連係ソケット部を装備したことを特徴とする。
In order to achieve the above object, an optical module for signal transmission / reception according to the present invention includes a transmission signal processing unit that transmits an electrical signal externally input to a transmission signal processing unit mounted on the same board. In a signal transmission / reception module equipped with an optical interconnection circuit for transmission to
The optical interconnection circuit includes a transmission side optical assembly (one optical coupling circuit) coupled to the transmission signal processing unit and a reception side optical assembly (the other optical coupling circuit) coupled to the transmission signal processing unit. And a polymer waveguide for interconnecting the optical assemblies,
The board is equipped with the optical coupling circuit according to claim 4 as the transmitting side optical assembly, and the board includes a signal transmission means provided in the optical coupler together with a 45-degree multiple reflection mirror provided in the signal transmission means. Equipped with an optical / electrical linking socket fixed on top.
本発明は上述したように構成されているので、これによると、電気伝送を代替するような光インタ−コネクションとして、複数の導入送信信号の変換及び伝送に際しては光信号用の複数の導波路と45度多重反射ミラーと信号変換素子を45度多重反射ミラーに装備すると共に各導波路の45度多重反射ミラー側にレンズ部を装備するという構成を採用したので、これにより部品点数が大幅に少なくなり、更に低コストの部品を組み合わせた構成および実装が可能となるという優れた光結合回路及びこれを用いた信号送受信用光モジュールを提供することができる。 Since the present invention is configured as described above, according to this, as an optical interconnection that substitutes for electrical transmission, a plurality of waveguides for optical signals are used for conversion and transmission of a plurality of introduced transmission signals. Since the 45 degree multiple reflection mirror and the signal conversion element are installed in the 45 degree multiple reflection mirror and the lens part is provided on the 45 degree multiple reflection mirror side of each waveguide, this greatly reduces the number of parts. Thus, it is possible to provide an excellent optical coupling circuit that can be configured and mounted with low-cost components and an optical module for signal transmission / reception using the optical coupling circuit.
〔第1の実施形態〕
以下、本発明の第1実施形態を図1乃至図15に基づいて説明する。
図1に、本発明にかかる光結合回路11,12を組み込んだ信号送受信用の光モジュール1を示す。
[First Embodiment]
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 shows an
<光モジュール>
この図1において、光モジュール1は、外部入力される信号を取り込んで伝送信号として信号処理する伝送信号処理部2と、この伝送信号処理部2からの出力信号を光信号に変換する一方の光結合回路(送信側光アセンブリ)11と、この一方の光結合回路11から出力される光信号を予め設置されている導波路(ポリマー導波路)12を介して取り込んで電気信号に変換する他方の光結合回路(受信側光アセンブリ)13と、この他方の光結合回路13で変換された電気信号を外部に向けて発信するための信号処理を行う発信信号処理部3とを備えている。
<Optical module>
In FIG. 1, an
ここで、上記一方の光結合回路(送信側光アセンブリ)11と、この一方の光結合回路11から出力される光信号を取り込んで電気信号に変換する他方の光結合回路(受信側光アセンブリ)13と、この一方と他方の各光結合回路を連結する導波路(ポリマー導波路)12とにより、光信号伝送路(光式インターコネクション回路)1Aが構成されている。又、符号10は、上記各構成部材を保持する基板を示す。
Here, the one optical coupling circuit (transmission-side optical assembly) 11 and the other optical coupling circuit (receiving-side optical assembly) that takes an optical signal output from the one
<送信側光アセンブリ11>
送信側光アセンブリ(一方の光結合回路)11は、図2乃至図3に示すように、受信側光アセンブリ(他方の光結合回路)13に向けて送り出される光信号を案内する導波路12(121 ,122 ,123 )と、この各導波路121 〜123 の他方の端部(図2の右端部)に対向して配設され当該各導波路121 〜123 に向けて光信号の伝搬を案内する45度多重反射ミラー14と、この45度多重反射ミラー14を介して前記各導波路121 〜123 に対して伝送信号処理部2から入力される電気信号を光信号に変換して送り込む信号伝達手段15とを備えている。
<Transmission-side
As shown in FIGS. 2 to 3, the transmission side optical assembly (one optical coupling circuit) 11 is a waveguide 12 (guides an optical signal sent toward the reception side optical assembly (the other optical coupling circuit) 13. 12 1, 12 2, and 12 3), towards this
ここで、各導波路121 〜123 の全体を指標する場合は、符号12をもって導波路とする。また、この各導波路121 〜123 およびこれに関連する構成部材(例えば後述する面発光レーザ161 ,162 ,163 等)については、本第1実施形態ではそれぞれ三個の場合を例示しているが、4個以上であってもよい。他の実施形態においても同様である。
Here, when the whole of each of the
次に、上記導波路121 については、コア層12aが屈折率の異なる透明部材からなるクラッド部12bに取り囲まれて導波路121 が特定され当該クラッド部12bと一体的に形成されている。他の導波路122 ,123 についても同様である。
そして、この各導波路(コア層12a)121 ,122 ,123 とクラッド部12bと後述するレンズ部12cとにより導波路アレイ12が構成されている。
Next, the
Each of the waveguides (
前述した各導波路121 〜123 の各他端部(図2の右端部)には、45度多重反射ミラー14との対向面部分に、当該45度多重反射ミラー14から送り出される(後述する受信側光アセンブリでは、送り込まれる)光信号の拡散を抑制する光レンズ部12cが、それぞれ設置されている。そして、この各光レンズ部12c,12c,12cは、前述した各導波路121 〜123 にそれぞれ一体化されて構成されている。
The other end portions (the right end portion in FIG. 2) of each of the
ここで、45度多重反射ミラー14は、本第1実施形態にあっては、四角柱状に形成され、その断面内には45度方向に反射ミラー膜14bがほぼ等間隔に複数設けられ、この反射ミラー膜14b相互間には透明部材からなる誘電体が充填された状態に組み込まれ、これによって複数の光信号伝送多重層14a,14a,…が形成されている。
Here, in the first embodiment, the 45-degree
そして、前述した各導波路121 〜123 は、その光レンズ部12c部分が、上記45度多重反射ミラー14が備えている複数の光信号伝送多重層14a,14a,…の内の少なくとも一つの層に対応させて、配設されている。この場合、導波路121 と45度多重反射ミラー14とは、図3(b)に示すように、3つの光信号伝送多重層14aに対応させて配設されている。他の各導波路122 ,123 の場合も同様である。
Each of the
これにより、各導波路121 〜123 と上述した45度多重反射ミラー14との間における光信号の拡散が有効に抑制され、光信号の伝搬途上における感度低下が有効に抑制されている。
Thereby, the diffusion of the optical signal between each of the
図4に、導波路121 と45度多重反射ミラー14との対応位置関係を示す。導波路122 ,123 についても同様である。この図4に示す三次元座標は、以後の説明において成される座標位置関係に全て適用されるものとする。
Figure 4 shows a corresponding positional relation between the
前述した信号伝達手段15は、図2乃至図3に示すように、45度多重反射ミラー14の前記各導波路121 〜123 に対して光学的に導通した面の反対側の端面(図1では上端面)に設置された面発光レーザ161 ,162 ,163 と、この各面発光レーザ161 〜163 に対して駆動用の電気信号を個別に送り込む電気配線回路171 ,172 ,173 とを含んで構成されている。
As shown in FIGS. 2 to 3, the signal transmission means 15 described above has an end face on the opposite side of the face that is optically connected to the
ここで、符号18は複数の面発光レーザ161 ,162 ,163 を備えた面発光レーザアレイを示す。この面発光レーザアレイ18は、図2,図3に示すように、上述した複数の面発光レーザ161 〜163 と、当該各面発光レーザ161 〜163 を保持すると共に予め設定された装備位置を特定するレーザ保持部材18Aと、このレーザ保持部材18Aに装備された前記各面発光レーザ161 〜163 に対応して個別に設置された複数のレーザ用電極18a,18a,……と、前記各電気配線回路171 ,172 ,173 の端部に個別に対応して設置された複数のバンプ用通電電極18b,18b,……と、この各電極18a,18bの相互間を個別に接続する電極接続回路18c,18c,……とを、それぞれ備えて構成されている。
Here,
符号20a,20a,……は、対応する各電気配線回路171 〜173 とバンプ用通電電極18b,18b,……とを個別に接続するバンプ(球状接続端子)を示す。
ここで、このバンプ(球状接続端子)20aは、本実施形態では、電気信号の伝達に直接寄与しない箇所にも、組立バランス上、図2,図3に示すように複数装備されている。符号18e,18e,……は、バンプ用通電電極18bと同等に形成されたバンプ装備用の他の電極を示す。
Here, in the present embodiment, a plurality of bumps (spherical connection terminals) 20a are also provided at locations that do not directly contribute to the transmission of electrical signals as shown in FIGS.
これにより、前述した各面発光レーザ161 〜163 に対しては、上記各電気配線回路171 〜173 から前述した駆動信号が、対応する上記各電極18a,18bおよび電極接続回路18cを介して個別に送り込まれ、各別に印加されるようになっている。
Thereby, for each of the surface emitting lasers 16 1 to 16 3 described above, the drive signals described above from the respective electric wiring circuits 17 1 to 17 3 cause the corresponding
このため、各電気配線回路171 〜173 を介して前述した伝送信号処理部2から送り込まれる所定の電気信号(レーザ用駆動信号)は、面発光レーザ161 〜163 を駆動すると共にこれによってレーザ駆動信号に含まれる所定の電気信号が光信号に変換され、45度多重反射ミラー14を介して各光レンズ部12cで個別に集光されて対応する各導波路121 〜123 へ確実に伝送されるようになっている。
For this reason, the predetermined electric signal (laser drive signal) sent from the transmission
次に、上述した一方の光結合回路(送信側光アセンブリ)11の各構成要素について詳述する。 Next, each component of the above-described one optical coupling circuit (transmission side optical assembly) 11 will be described in detail.
(45度多重反射ミラー)
まず、前述した45度多重反射ミラー14は、交互に積層された光信号伝送多重層(誘電体層)14a,14a,……と、反射ミラー膜(金属薄膜)14b,14b,……とからなる。
この45度多重反射ミラー14は、誘電体層14aと金属薄膜14bの多層構造を作製した後、ダイシングにより作製される。
(45 degree multiple reflection mirror)
First, the 45-degree
The 45-degree
光信号伝送多重層(誘電体層)14aの形成に際しては、まず、Siやガラスなどの基板上にスパッタ,CVD,PCVD,又はスピンコートなどで製膜する方法があり、或いは、プリフォーム法を用いた熱延伸などの製膜方法がある。一方、反射ミラー膜を成す金属薄膜14bの製膜方法には、スパッタ,真空蒸着,E-gun ,又はメッキなどによる手法が用いられる。
In forming the optical signal transmission multi-layer (dielectric layer) 14a, first, there is a method of forming a film on a substrate such as Si or glass by sputtering, CVD, PCVD, spin coating or the like, or a preform method is used. There are film forming methods such as thermal stretching used. On the other hand, as a method for forming the metal
光信号伝送多重層(誘電体層)14aの素材である誘電体としては、SiOx,SiOxNy,SiNx,ポリマー,BCBなどがある。一方、反射ミラー膜(金属薄膜)14bの素材である薄膜としては、Ti,Pt,Au,Ni ,Cu,Ag,Snなど、及びこれらの組み合わせにより構成される。これらの素材については、使用する光の波長帯や材料との密着性を考慮して選択される。 Examples of the dielectric that is the material of the optical signal transmission multi-layer (dielectric layer) 14a include SiOx, SiOxNy, SiNx, polymer, and BCB. On the other hand, the thin film which is the material of the reflective mirror film (metal thin film) 14b is composed of Ti, Pt, Au, Ni, Cu, Ag, Sn, etc., and combinations thereof. These materials are selected in consideration of the wavelength band of light to be used and the adhesion with the material.
上記誘電体層14aおよび金属薄膜14bの多層構造の形成に際しては、製膜の場合、誘電体と金属薄膜を交互に基板上に形成すればよい。プリフォームを用いた方法であれば誘電体のシートを作製した後に金属薄膜を形成し、金属面同士を張り合わせるなどの方法を採用してもよい。
When forming the multilayer structure of the
(導波路について)
導波路(ポリマー導波路)121 〜123 部分は、まず、当該各導波路121 〜123 を構成する素材部分であるコア層12aをフォトリソグラフィーとドライエッチングで形成し、その後に、各導波路121 〜123 の周囲を構成するクラッド層12bで埋め込まれることで形成される。
この場合、上記各光レンズ部12cは、本第1実施形態では半円柱状に形成されている。この各光レンズ部12cは、フォトリソグラフィーとドライエッチングにより各導波路121 〜123 に端部を円弧に加工することで得られる。
(About waveguide)
In the waveguide (polymer waveguide) 12 1 to 12 3 portion, first, the
In this case, each of the
ドライエッチング用のマスクとしては、まず金属薄膜を形成し、レジストマスクで金属薄膜をエッチング加工し、このパターニングされた金属薄膜をマスクにしてドライエッチングを行なうようにしてもよい。又、この場合の金属薄膜は、ポリイミドの加工の目的のほかに、電気部品を実装する際の電気の配線パターンや光部品を実装するためのマーカーとして用いることも可能である。また、感光性のポリイミドなどを用いて、導波路パターンや円柱状レンズを直接形成してもよい。 As a mask for dry etching, first, a metal thin film may be formed, the metal thin film may be etched using a resist mask, and dry etching may be performed using the patterned metal thin film as a mask. In addition, the metal thin film in this case can be used as a marker for mounting an electrical wiring pattern or an optical component when mounting an electrical component, in addition to the purpose of processing polyimide. Alternatively, a waveguide pattern or a cylindrical lens may be directly formed using photosensitive polyimide or the like.
(送信側光アセンブリの構築)
又、送信側光アセンブリ(一方の光結合回路)11の製造工程では、導波路121 〜123 に対して45度多重反射ミラーを併設装備した後に、面発光レーザ(VCSEL)161 〜163 を搭載する。
(Construction of transmitting side optical assembly)
Further, in the manufacturing process of the transmission side optical assembly (one optical coupling circuit) 11, a surface-emitting laser (VCSEL) 16 1 to 16 is provided after a 45 ° multiple reflection mirror is additionally provided for the
従って、導波路121 〜123 のコア位置の表面位置からの差分情報を参考に、45度多重反射ミラー14の表面の位置(即ち、Y軸方向)の制御を行うことで、面発光レーザ161 〜163 の搭載のZ軸方向の位置が一意的に決まる。この面発光レーザ161 〜163 の搭載位置は、45度多重反射ミラー14のY軸方向情報(導波路表面と45度多重反射ミラー表面位置の差分)とZ軸方向の情報(導波路表面に形成したマーカ等に対する、45度多重反射ミラーの導波路側のエッジ位置の差分)をもとに算出され、高精度な実装が可能となる。
Accordingly, the surface emitting laser is controlled by controlling the position of the surface of the 45-degree multiple reflection mirror 14 (that is, in the Y-axis direction) with reference to the difference information from the surface position of the core positions of the
この場合、面発光レーザ(VCSEL)161 〜163 と導波路121 〜123 との間で高効率の結合を実現するには開口数NA(Numerical Aerture )を調整する必要がある。光のスポットサイズが小さくても導波路121 〜123 の内部に入った光のコア/クラッドの反射角が全反射角よりも小さいと、コア層内の光がクラッド層側に抜けてしまい光が伝播しないためである。
In this case, in order to realize highly efficient coupling between the surface emitting lasers (VCSEL) 16 1 to 16 3 and the
導波路121 〜123 のX軸方向に関しては半円柱状レンズでNAを調整することができる。又、導波路121 〜123 のY軸方向にはNAの調整機構はないので、導波路121 〜123 のNAをレーザ光の放射角に対して大きくとる必要がある。そのため、例えば屈折率1.5付近のポリマー導波路では、コア層とクラッド層の間の屈折率差は2〔%〕以上とするとよい。
With respect to the X-axis direction of the
<受信側光アセンブリ13>
次に、受信側光アセンブリである他方の光結合回路13を、図5乃至図6に基づいて説明する。
<Receiving side
Next, the other
この他方の光結合回路(受信側光アセンブリ)13は、本第1実施形態では、前述した一方の光結合回路(送信側光アセンブリ)11と同一の基板10上に設置され、前述したように、当該一方の光結合回路11から導波路2(121 〜123 )を介して送り込まれる光信号Bを電気信号Aに変換して出力する。そして、この変換された電気信号Aは、前述した発信信号処理部3を介して外部へ発信されるようになっている。
In the first embodiment, the other optical coupling circuit (reception-side optical assembly) 13 is installed on the
この受信側光アセンブリである他方の光結合回路13は、図5乃至図6に示すように、上記一方の光結合回路11にあって、前述した複数の面発光レーザ161 〜163 に代えて光電変換素子であるホトダイオード261 〜263 を装備した点に特徴を有する。符号28a,28a,……は、ホトダイオード261 〜263 に対応して装備された複数の光電変換素子用電極を示す。
As shown in FIGS. 5 to 6, the other
即ち、この他方の光結合回路13は、図5乃至図6に示すように、前述した一方の光結合回路11から送り込まれる光信号を案内する導波路(コア層12a)121 ,122 ,123 と、この各導波路121 〜123 の他方の端部(図5の右端部)に対向して配設され当該各導波路121 〜123 とは異なった方向への光信号を案内する45度多重反射ミラー14と、この45度多重反射ミラー14を介して前記各導波路121 〜123 からの光信号にかかる信号を外部に対して送り出す中継機能を備えた信号伝達手段25とを備えている。
That is, as shown in FIGS. 5 to 6, the other
この内、信号伝達手段25は、図5乃至図6に示すように、45度多重反射ミラー14の前記各導波路121 〜123 と光学的に導通した面の反対側の端面(図5では上端面)に設置された光電変換素子としてのホトダイオード261 ,262 ,263 と、この各ホトダイオード261 〜263 から出力される電気信号を外部へ個別に送り出す電気配線回路171 ,172 ,173 とを含むで構成されている。
Among these, as shown in FIGS. 5 to 6, the signal transmission means 25 is an end face on the opposite side of the surface optically connected to the
ここで、符号28は前述した面発光レーザアレイ18に代えて装備されたホトダイオードアレイを示す。このホトダイオードアレイ28は、図6(b)に示すように、上述した複数のホトダイオード261 〜263 と、当該各ホトダイオード261 〜263 を保持すると共に予め設定された装備位置を特定するダイオード保持部材28Aと、このダイオード保持部材28Aに対応して個別に設置された複数のホトダイオード用電極28a,28a,……と、前記各電気配線回路171 ,172 ,173 の端部に個別に対応して設置された複数のバンプ用通電電極18b,18b,……と、この各電極18a,18bの相互間を個別に接続する電極接続回路18c,18c,……とを、それぞれ備えて構成されている。
Here,
又、符号28e,28e,……は、バンプ用通電電極28bと同等に形成されたバンプ装備用の他の電極を示す。
その他の構成は、前述した一方の光結合回路(送信側光アセンブリ)11と同一となっている。
Other configurations are the same as those of the one optical coupling circuit (transmission side optical assembly) 11 described above.
これにより、前述した各ホトダイオード261 〜263 にて光電変換された電気信号は、上述したように各電気配線回路171 〜173 を介して前述した発信信号処理部3へ送られ当該発信信号処理部3から外部へ発信されるようになっている。
As a result, the electrical signals photoelectrically converted by the
(受信側光アセンブリの構築)
受信側光アセンブリ13の製造工程では各導波路121 〜123 に対して45度多重反射ミラー14を併設装備した後に対応する各ホトダイオード261 〜263 を搭載する順番になる。従って、各導波路121 〜123 のコア層12aの表面からの位置情報を参考に45度多重反射ミラー14の表面の位置(即ち、Y軸方向)の制御を行うことで、各ホトダイオード261 〜263 の搭載のZ軸方向位置が一意的に決まる。
(Construction of receiving side optical assembly)
The manufacturing process of the receiving-side
各ホトダイオード261 〜263 の搭載位置は、45度多重反射ミラー14のY方向情報(導波路の表面と45度多重反射ミラーの表面位置の差分)とZ方向情報(導波路表面に形成したマーカ等に対する、45度多重反射ミラーの導波路側のエッジ位置の差分)をもとに算出され高精度な実装が可能となる。
Mounting position of the
導波路121 〜123 と各ホトダイオード261 〜263 の間の高効率結合を実現するには、X軸方向には半円柱状レンズ12Cがあるので集光が可能である。導波路121 〜123 のY軸方向には集光の機能がないので、各ホトダイオード261 〜263 の吸収層の直径に比べて導波路121 〜123 のY方向のコア層の厚みが薄く、各ホトダイオード261 〜263 の吸収層の直径に比べて45度多重反射ミラーに薄く閉じ込められていることが望ましい。
In order to realize high-efficiency coupling between the
<光レンズ部12cの他の例>
ここで、前述した光レンズ部12cの他の例について説明する。
円柱状レンズ部の構造は上記図4のような構造のものに限定されるものではない。下記に示す図7乃至図10のような構成も、有効に使用することができる。
<Another example of the
Here, another example of the
The structure of the cylindrical lens portion is not limited to the structure shown in FIG. 7 to 10 shown below can also be used effectively.
(拡張レンズ型(1))
図7にこれを示す。
この図7に示す拡張レンズ型の光レンズ部12Pは、半円柱状レンズを基本構成とすると共に、前述した導波路121 を構成するコア層の端部を含み且つ前述した45度多重反射ミラー14(図11乃至図13参照)の光信号伝送多重層14a,14aの入力端面に沿ってT字状に広げられ且つ両側に位置するクラッド層を覆う状態に設定されている。この光レンズ部12Pは、前述したコア層と同一の素材で一体的に構成されている。
(Extended lens type (1))
This is shown in FIG.
ここで、図7(A)は拡張レンズ型の光レンズ部12Pを前記45度多重反射ミラー14側の端部に配置した導波路121 の光レンズ部部分を示す斜視図、図7(B)は平面図、図7(C)は正面図をそれぞれ示す。その他の構成は前述した図4における光レンズ部12Cの場合と同一となっている。
Here, FIG. 7 (A) is a perspective view of an optical lens portion of the
この図7の場合、導波路121 は導波路がポリマー内部でとぎれた構造となっている。一方、円柱レンズ部12PのY軸方向には、コア層とクラッド層の構造を維持しており光は閉じ込められている。このため、レンズ径を大きくすることでX方向に広がった光を集光できる。
In this case of FIG. 7, the
このため、この図7の場合、導波路121 と45度多重反射ミラー14との相互間における光信号の授受に際しては、拡散を更に有効に抑制することができ、相互間での光信号の授受を効率よく実行することが可能となる。
他の導波路122 ,123 についても同様の光レンズ部12Pが設けられ同様に機能するようになっている。
Therefore, in the case of FIG. 7, upon reception of optical signals between one another of the
The other
(拡張レンズ型(2))
図8にこれを示す。
この図8に示す拡張レンズ型の光レンズ部12Qは、上記拡張レンズ型(1)と同一の形状に形成されている。一方、この光レンズ部12Qは、その素材を前述したコア層を取り巻く周囲のクラッド層12bと同一の素材で形成した点に特徴を有する。
(Extended lens type (2))
This is shown in FIG.
The extended lens type
ここで、図8(A)は拡張レンズ型の光レンズ部12Qを先端部に配置した導波路121 の光レンズ部12Q部分を示す斜視図、図8(B)は平面図、図8(C)は正面図をそれぞれ示す。その他の構成は前述した図4における光レンズ部12cの場合と同一となっている。
Here, FIG. 8 (A) is a perspective view of an
この図8の例でも、導波路121 がポリマー内部でとぎれた構造となっている。円柱レンズ部12Q側ではそのY軸方向にコア層とクラッド層の構造はない。このため、レンズ部12QではY軸方向の光の閉じ込めが無いのでレンズ部12QでY軸方向には光がレンズの厚み分広がる。一方、コア層がないことにより、コア層を形成後に感光性のポリイミドで埋め込むことが可能となり、かかる点において導波路121 の作製プロセスが簡易化され、生産性を高めることができる。
Also in the example of FIG. 8, the
他の導波路122 ,123 についても同様の光レンズ部12Qが設けられ同様に機能するようになっている。
このようにしても、前述した図7に示す光レンズ部12Pの場合とほぼ同様の作用効果を安価に得ることができる。
The other
Even if it does in this way, the effect similar to the case of the
(フレネルレンズ型)
図9にこれを示す。
この図9に示すフレネルレンズ型の光レンズ部12Fは、図7に開示した上記拡張レンズ型(1)におけるレンズ部分を、フレネルレンズ型のレンズ部分とした点に特徴を有する。一方、この光レンズ部12Fは、その素材を前述したコア層12aと同一の素材で形成した点に特徴を有する。
(Fresnel lens type)
This is shown in FIG.
The Fresnel lens type
ここで、図9(A)はフレネルレンズ型の光レンズ部12Fを先端部に配置した導波路121 の光レンズ部12F部分を示す斜視図、図9(B)は平面図、図9(C)は正面図をそれぞれ示す。その他の構成は前述した図4における光レンズ部12Cの場合と同一となっている。
Here, FIG. 9 (A) is a perspective view of an
この図9では、導波路121 がポリマー内部でとぎれた構造となっている。ただし、円柱レンズ部12FのY軸方向にはコア層とクラッド層の構造を維持しており光は閉じ込められている。そして、レンズ径を大きくすることでX軸方向に広がった光を集光できると同時に、フレネルレンズを用いることでレンズ周辺部と45度多重反射ミラー14との間の自由空間での光路長を減らし、自由空間で光がY軸方向に広がるのを有効に抑制することができる。
In FIG. 9, the
他の導波路122 ,123 についても同様の光レンズ部12Fが設けられ同様に機能するようになっている。
このようにしても、前述した図7に示す光レンズ部12Pの場合と同様の作用効果を得ることができる。
The other
Even if it does in this way, the effect similar to the case of the
(二重レンズ型)
図10にこれを示す。
この二重レンズ型光レンズ部12Wは、図9に開示したフレネルレンズ型のレンズ部12Fのレンズ面に対向して、図10に示すように半円柱状レンズ部12Gを設けた点に特徴を有する。この半円柱状レンズ部12Gは、前述した導波路121 の周囲の部材であるクラッド層12bとは異なった屈折率の透明素材によって構成されている。
(Double lens type)
This is shown in FIG.
This double lens type
ここで、図10(A)はフレネルレンズ型の光レンズ部12Fを先端部に配置した導波路121 の光レンズ部12F部分を示す斜視図、図10(B)は平面図、図10(C)は正面図をそれぞれ示す。その他の構成は前述した図4における光レンズ部12Cの場合と同一となっている。
Here, FIG. 10 (A) is a perspective view of an
図10では半円柱状レンズ部12Gをポリマー内部に含む構成になっている。これにより、多重反射ミラーと接する部分を直線の端面で構成できる。このため、前述した45度多重反射ミラー14と半円柱状レンズ部12Gのレンズ面との間をコア層12aと同じ透明樹脂で埋めることもでき、結露等にも強くなりモジュールの信頼性を高めることができる。
In FIG. 10, a
このように、半円柱状レンズについては、図7乃至図9の単一レンズ系に限らず図10のように複数のレンズを組み合わせてもよい。これにより、設計自由度を高めることができる。又、図10のような半円柱状レンズ部12Gであれば、45度多重反射ミラー14の内部の誘電体層にも形成することは可能である。しかし、その場合には、45度多重反射ミラー14を導波路に配置する際に45度多重反射ミラー14もX軸方向の位置も正確に制御する必要が生じるが、特に不都合はない。
As described above, the semi-cylindrical lens is not limited to the single lens system shown in FIGS. 7 to 9, and a plurality of lenses may be combined as shown in FIG. Thereby, a design freedom can be raised. Further, the
即ち、この二重レンズ型光レンズ部12Wは、半円柱状レンズ部12Gの凸部が前述したフレネルレンズ型のレンズ部12Fのレンズ面に対向して設置されているので、前述した45度多重反射ミラー14の側面(光授受面)を平坦な端面とすることができる。このため、45度多重反射ミラー14と導波路121 とをレンズ部12Wを介して密着させて連結装備することができ、かかる点において光信号の拡散を更に有効に阻止して効率のよい光信号の授受が可能となるという利点を得るもことができる。
他の導波路122 ,123 についても、同様の二重レンズ型光レンズ部12Wが設けられ同様に機能するようになっている。
That is, in the double lens type
The
<全体の動作>
次に、上記第1実施形態における全体的な動作について説明する。
まず、図1において、外部から所定の送信信号が設定入力されると、伝送信号処理部2がこれを取り込んで信号処理し伝送信号として出力する。この伝送信号処理部2から出力された伝送信号は、光信号伝送路1Aで光信号に変換されて発信信号処理部3に向けて伝送され再び電気信号に変換されて当該発信信号処理部3へ送り込まれる。
<Overall operation>
Next, the overall operation in the first embodiment will be described.
First, in FIG. 1, when a predetermined transmission signal is set and inputted from the outside, the transmission
この場合、光信号伝送路1Aでは、まず、その一端部に装備された一方の光結合回路(送信側光アセンブリ)11が伝送信号処理部2からの電気信号を光信号に変換する。具体的には、電気配線回路171 ,172 ,173 を介して伝送信号処理部2から送り込まれる電気信号(レーザ駆動信号)は、信号伝達手段15の一部を成す面発光レーザアレイ18に装備された面発光レーザ161 〜163 によって、個別に光信号に変換され、送信側の45度多重反射ミラー14を介して対応する導波路121 ,122 ,123 へ送り込まれ、この導波路121 〜123 を介して一端部に装備された他方の光結合回路(受信側光アセンブリ)13へ送られる。
In this case, in the optical
ここで、面発光レーザ161 〜163 のレーザ発光部から出力された光は、Z軸方向に関して、45度多重反射ミラー14におけるミラーとミラーの間に閉じ込められ、空間的に広がるのを抑制されたまま、導波路121 〜123 に送り込まれる。
Here, the light output from the laser emitting units of the surface emitting lasers 16 1 to 16 3 is confined between the mirrors in the 45-degree
このため、光信号伝送路1Aでは、その前段側で、各電気配線回路171 〜173 を介して前述した伝送信号処理部2から送り込まれる所定の電気信号(レーザ用駆動信号)は、面発光レーザ161 〜163 を駆動すると共にこれによってレーザ駆動信号に含まれる所定の電気信号が光信号に変換され、45度多重反射ミラー14を介して各光レンズ部12cで個別に集光されて対応する各導波路121 〜123 へ確実に伝送される。
For this reason, in the optical
次に、導波路121 〜123 を介して伝送された光信号は、受信側の信号伝達手段25の一部を成すホトダイオードアレイ28に装備されたホトダイオード(光電変換素子)261 〜263 で個別に光電変化され、受信側の45度多重反射ミラー14及び電気配線回路171 ,172 ,173 を介して個別に前述した発信信号処理部3へ送り込まれる。
Next, the optical signals transmitted through the
この場合、導波路121 〜123 を介して送り込まれた光信号は、45度多重反射ミラー14におけるミラーとミラーの間に閉じ込められ、空間的に広がるのを抑制されたままホトダイオード(光電変換素子)261 〜263 に到達し、このホトダイオード261 〜263 でよって個別に電気信号に変換されて前述したように発信信号処理部3へ送り込まれる。
In this case, the optical signal sent through the
(45度多重反射ミラーの作用)
ここで、上述した45度多重反射ミラー14内における光信号の伝搬状態を、図11乃至図15に基づいて説明する。
(Operation of 45 degree multiple reflection mirror)
Here, the propagation state of the optical signal in the 45-degree
まず、45度多重反射ミラー14内の光線追跡の例を図11乃至図13に示す。
この内、図11に示すように、多重反射ミラー出射側において光線の軌道は、軌道Aと軌道Bの大きく二つに分類される。
通常の面発光レーザ(VCSEL)の空気に対する放射全角は35度以下であり、片側では17.5度以下になる。例えば屈折率1.54の媒体の中では片側11.2度以下となる。
First, an example of ray tracing in the 45-degree
Among these, as shown in FIG. 11, the trajectory of the light beam on the exit side of the multiple reflection mirror is roughly classified into two, trajectory A and trajectory B.
A general surface emitting laser (VCSEL) has a total radiation angle of 35 degrees or less with respect to the air and 17.5 degrees or less on one side. For example, in a medium having a refractive index of 1.54, the angle is 11.2 degrees or less on one side.
又、図11に示すように、多重反射の軌跡によっては、出射面に対する入射角φが異なる。即ち、軌道Aの場合、入射角φは11.2度以下になる。一方、軌道Bの場合は「90−11.2=78.8度」以上になる。
一方、図12に示すように、出射面の外側の領域が空気であれば、軌道Aの場合は空気と誘電体の屈折率差分の透過率をもって出射する。軌道Bの場合も出射面x点) で一度全反射し、再度金属ミラーで反射したのち空気と誘電体の屈折率差分の透過率をもって出射する。
As shown in FIG. 11, the incident angle φ with respect to the exit surface varies depending on the locus of multiple reflection. That is, in the case of the orbit A, the incident angle φ is 11.2 degrees or less. On the other hand, in the case of the trajectory B, it becomes “90-11.2 = 78.8 degrees” or more.
On the other hand, as shown in FIG. 12, if the region outside the emission surface is air, in the case of the orbit A, the light is emitted with the transmittance of the refractive index difference between the air and the dielectric. Also in the case of the orbit B, the light is totally reflected once at the exit surface x point), reflected again by the metal mirror, and then emitted with the transmittance of the difference in refractive index between the air and the dielectric.
また、図13に示すように、出射面の外側の領域の屈折率が誘電体に近い屈折率であれば軌道Aの場合はそのまま出射する。一方、軌道Bの場合には出射面で深い角度のまま出射し迷光となる。 As shown in FIG. 13, if the refractive index of the region outside the exit surface is close to that of the dielectric, the track A emits as it is. On the other hand, in the case of the trajectory B, the light exits at a deep angle on the exit surface and becomes stray light.
図14は、ミラー間隔5〔μm〕の45度多重反射ミラー14を用いた場合の上述の出射面入射角φとレーザ出射角θ(全体の広がり角度)の関係を示す計算結果である。
また、図12における軌道Bのように、出射面での入射角が大きくなるのは、レーザ光の放射角が広い場合であって、レーザ光の放射角がプラス側のみで生じた場合である。
FIG. 14 is a calculation result showing the relationship between the above-described exit surface incident angle φ and laser exit angle θ (overall spread angle) when a 45 °
In addition, as shown in the trajectory B in FIG. 12, the incident angle at the exit surface is large when the laser beam radiation angle is wide and the laser beam radiation angle is generated only on the plus side. .
放射角の比較的広い図15のような面発光レーザ(VCSEL)の遠視野像を仮定し、図13のように45度多重反射ミラー14の出射面の外側領域の屈折率が誘電体に近いとして、軌道Bのように出射面で深い角度のまま出射し迷光となる比率を計算したところ、5〔%〕以下であった。
このことから、45度多重反射ミラー14が面発光レーザ161 〜163 のような光源に対して光路変換として効率の高いものであるになっていることがわかった。
Assuming a far-field image of a surface emitting laser (VCSEL) having a relatively wide radiation angle as shown in FIG. 15, the refractive index in the outer region of the exit surface of the 45-degree
From this, it was found that the 45-degree
一方、図2乃至図3の場合、X軸方向に関して光は閉じ込められていないのでレーザ光出射点から導波路入り口にかけて広がるが、半円柱レンズ12cを介して有効に集光される。
On the other hand, in the case of FIGS. 2 to 3, since the light is not confined in the X-axis direction, it spreads from the laser light emitting point to the waveguide entrance, but is effectively condensed through the
実装上の観点から45度多重反射ミラー14は周期的な構造を有しているので、部材の精度としてY軸方向に対して金属層(ミラー面)がずれていても周期構造の周期分のずれしか位置ずれを生じない。又、多重反射ミラーはX軸方向に対し同じ形を有するので、ずれても問題を生じない。
即ち、45度多重反射ミラー14は積層構造になっているため、ミラー位置が平行にずれてもミラー間隔分しかずれの影響を生じない。このため、部品の作製精度がゆるく、光レンズなどにくらべて低コストに作製が可能である。
From the viewpoint of mounting, the 45-degree
That is, since the 45-degree
更に、45度多重反射ミラー14の配置位置は、ビジュアルアライメントを用いて部材のエッジや部材に予め形成したマーカを参照し、Z軸方向およびX軸方向の制御が可能である。また、導波路121 〜123 表面の高さを参照面として、同じ側にある45度多重反射ミラー14の表面(即ち、Y軸方向)の位置制御をすることもできる。高さの固定には、半田や銀ペーストを用いることができる。
加熱してどろどろに融けた状態から硬化するまで高さを保持することで高さの制御が可能である。導波路121 〜123 を形成する基板10が透明であれば光硬化樹脂を用いてもよい。
Furthermore, the arrangement position of the 45-degree
It is possible to control the height by holding the height from heating to melting until it hardens. If the
又、本第1実施形態にあっては、導波路121 〜123 にモノリシックに付された半円柱状レンズ12cはフォトリソグラフィーで作製できるため、量産に向いており低コストに作製できる。又、半円柱状レンズを装備することで光の放射角が変換される。これにより、導波路121 〜123 もしくは45度多重反射ミラー14に形成された半円柱状レンズ12cは光軸と垂直な面内の1軸に関して放射角を変換する。
In the first embodiment, since the
更に、垂直なもう一つの軸の放射角を変換するために、図10に示すもう一つの半円柱状レンズ12Gを用いると、これにより2軸方向に関して放射角を変換することができ、ポリマー導波路よりもNA(開口数)が小さい導波路に対しても結合が可能となる。又、45度多重反射ミラーおよびこれに隣接して配置する半円柱状ミラーも1方向に関して均一な構造になっているため作製が容易であり、実装においても制御が簡単になるため、低コストの実装が可能になる。
Furthermore, if another
又、横方向の光閉じ込めが光軸に垂直な2軸のうち1軸方向に強い面発光レーザ(VCSEL)161 〜163 を用い、導波路121 〜123 に形成した半円柱状レンズ12cを用いることで光閉じ込めが強くなり放射角が大きくなる軸の放射角を変換する。
Also, semi-cylindrical lenses formed in the
例えば、面発光レーザ(VCSEL)161 〜163 は横方向の光閉じ込めを強くすることでモード体積が小さくなる。これにより面発光レーザ161 〜163 の緩和振動周波数が大きくなり、高速化が可能になる。
更に、本実施形態では45度多重反射ミラー14の形状が直方体としたことにより、光路変換後の光の出射位置と入射位置の関係を、どちらか一方の情報から予想できる。
For example, the surface emitting lasers (VCSEL) 16 1 to 16 3 have a small mode volume by increasing the optical confinement in the lateral direction. As a result, the relaxation oscillation frequency of the surface emitting lasers 16 1 to 16 3 is increased, and the speed can be increased.
Furthermore, in this embodiment, since the shape of the 45-degree
又、本第1実施形態における光結合回路を用いると、面発光レーザ161 〜163 を用いて信号伝送速度の高速化を図ることができる。本第1実施形態で、面発光レーザ161 〜163 を用い、その特性を有効に利用して、放射角の大きい軸をX方向,放射角の小さい軸をZ方向にそれぞれ配置すると、45度多重反射ミラー14内に別にレンズを必要とすることなく導波路121 〜123 に対して高効率な光結合が可能になる。
In addition, when the optical coupling circuit in the first embodiment is used, the signal transmission speed can be increased using the surface emitting lasers 16 1 to 16 3 . In the first embodiment, when the surface emitting lasers 16 1 to 16 3 are used and their characteristics are effectively used, an axis having a large radiation angle is arranged in the X direction and an axis having a small radiation angle is arranged in the Z direction. High-efficiency optical coupling to the
<実施形態の効果>
本第1実施形態にあっては、上述したように構成され機能するので、これによると、電気信号の伝送を代替するような光インタ−コネクションとして、複数の導入送信信号の変換及び伝送に際しては光信号用の複数の導波路121 〜123 と45度多重反射ミラー14と信号変換素子(面発光レーザ)161 〜163 (又はホトダイオード261 〜263 )を45度多重反射ミラー14に装備すると共に各導波路121 〜123 の45度多重反射ミラー14側にレンズ部12cを装備するという構成を採用したので、これにより、各導波路121 〜123 の端部に形成したレンズ部12cと45度多重反射ミラー14とにより垂直な面内の2軸方向に対して光閉じ込めが行われ、光が空間に広がるのを確実に抑制することが可能となり、これにより信号伝送に際しての感度低下を有効に抑制することができ、更に部品点数が大幅に少なくなり、低コストの部品を組み合わせた構成および実装が可能となり、これがため装置全体を安価に得ることができるという生産性良好な優れた光結合回路及びこれを用いた信号送受信用光モジュールを提供することができる。
<Effect of embodiment>
In the first embodiment, since it is configured and functions as described above, according to this, as an optical interconnection that substitutes for the transmission of electrical signals, when converting and transmitting a plurality of introduced transmission signals, A plurality of
〔第2の実施形態〕
次に、本発明の第2実施形態を図16乃至図20に基づいて説明する。
この第2の実施形態では、図16に示すように、筐体内で若しくは筐体相互間をつなぐ光信号伝送路を備えた送受信用光モジュールにかかるものである。
ここで、前述した第1実施形態と同一の構成部材については同一の符号を用いるものとする。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
In the second embodiment, as shown in FIG. 16, the transmission / reception optical module is provided with an optical signal transmission path within the casing or between the casings.
Here, the same reference numerals are used for the same constituent members as those of the first embodiment described above.
この図16乃至図20に示す送受信用光モジュールは、一方の基板(ボード)10Aに装備された二つの伝送信号処理部2A,2Bに入力される送信用の電気信号を、他方の基板(ボード)10Bに装備され外部に発信する複数の発信信号処理部3A,3Bに伝送するための光信号伝送路(光式インターコネクション回路)30Aを備えている。
The transmission / reception optical module shown in FIGS. 16 to 20 transmits electrical signals for transmission input to the two transmission
この内、光式インターコネクション回路30Aは、前述した各伝送信号処理部2A,2Bから出力される複数の電気信号を二つのグループに分けて光信号に変換する二つの送信側光アセンブリ3A,3Bと、前記光信号を複数のポリマー導波路121 ,122 ,123 ……を介して取り込み前記他方の基板(ボード)10B側へ伝送する光信号中継手段99Aと、この光信号中継手段99Aを介して伝送されて来る光信号を複数のポリマー導波路121 ,122 ,123 ……を介して取り込み電気信号に変換して前記各発信信号処理部3A,3Bに伝送する複数の受信側光アセンブリ13A,13Bとを備えている。
Among these, the
ここで、上記光信号中継手段99Aは、上記一方と他方の各基板10A,10Bの相互間に設置された光結合用の複数本の中継光ファイバー(MMFアレイ)100と、この複数本の中継光ファイバー(MMFアレイ)100と前記一方の基板10A上の前記複数の導波路121 ,122 ,123 ……とを光結合する一方の中継用光結合回路(第4の光結合回路)32と、前記複数本の中継光ファイバー(MMFアレイ)100と前記他方の基板10B上の前記複数の導波路121 ,122 ,123 ……とを光結合する他方の中継用光結合回路(第5の光結合回路)33とにより構成されている。
Here, the optical signal relay means 99A includes a plurality of optical fiber coupling optical fibers (MMF arrays) 100 installed between the one and the
以下、これを更に詳述する。
まず、図16において、符号30は本第2実施形態における信号送受信用の光モジュールを示す。この光モジュール30では、本発明にかかる第1乃至第8の各光結合回路11A,11B,31,32,33,34,13A,13Bが、内部伝送用の一方の基板10Aと他方の基板10Bとに分けられて、それぞれ装備されている。
This will be described in detail below.
First, in FIG. 16,
上記一方の基板10Aには、更に、図1の左端部上に設置され前述した第1実施形態における伝送信号処理部2と同等に機能する二つの伝送信号処理部2A,2Bが、同一面上に設けられている。
The one
この内、一方の伝送信号処理部2Aには、当該伝送信号処理部2Aから出力される複数の電気信号を電気配線(電気配線回路)171 ,172 ,173 ……(図2参照)を介して取り込むと共に複数の光信号B1にそれぞれ変換し出力する一方の送信側光アセンブリとしての第1の光結合回路11A(図1における一方の光結合回路11に同じ)が併設されている。ここで、符号121 ,122 ,123 ……(図2参照)は、第1の光結合回路11Aから出力される複数の光信号をそれぞれ個別に案内する導波路を示す。
Among these, one of the transmission
同様に、上述した他方の伝送信号処理部2Bには、当該伝送信号処理部2Bから出力される複数の電気信号を前記第1の光結合回路11Aの電気配線(171 ,172 ,173 ……)とは別に装備された電気配線(電気配線回路)171 ,172 ,173 ……を介して取り込むと共に、複数の光信号B2にそれぞれ変換し出力する他方の送信側光アセンブリとしての第2の光結合回路11B(図1における一方の光結合回路11に同じ)が併設されている。
Similarly, in the other transmission
第2の光結合回路11Bから出力される複数の光信号も、前述した第1の光結合回路11Aにかかる導波路(121 ,122 ,123 …)とは別に設置された導波路121 ,122 ,123 …(図2参照)により、それぞれ他方の基板10Bへ伝送されるようになっている。
The plurality of optical signals output from the second
上記一方の基板10Aの前述した第1,第2の各光結合回路11A,11Bから別々の導波路121 ,122 ,123 …(同一符号を使用)を介して送られてくる光信号B1,B2を上下二層構造の状態の導波路(例えば121 ,121 )を介して取り込む前述した第4の光結合回路32が設置されている。そして、この第4の光結合回路32による上下二層構造を維持しつつ前記各一の光信号(例えば121 ,121 )を他方の基板10B側に送り込むMMF(マルチモードファイバ)アレイ100が、上記一方と他方の基板10A,10B相互間に設置されている。
Optical signals sent from the first and second
ここで、前述した第1の光結合回路(一方の送信側アセンブリ)11Aと第4の光結合回路32との間に、第1の光結合回路11Aから送り出される光信号B1にかかる導波路(121 ,122 ,123 …)を、前記第4の光結合回路31の入力側領域で前述した第1の光結合回路11Bから送り出される光信号B2にかかる導波路121 ,122 ,123 …の上に重ねて配置し二層構造の導波路を形成するための上層導波路用光結合回路(第3の光結合回路)31が装備されている。
Here, between the first optical coupling circuit (one transmission side assembly) 11A and the fourth
これにより、前述した第4の光結合回路32では、第1,第2の各光結合回路11A,11Bから別々の導波路121 ,122 ,123 …を介して送られてくる光信号B1,B2を、上下二層構造の状態の導波路(例えば121 ,121 )を介して円滑に取り込むことができるようになっている。
As a result, in the above-described fourth
上記光信号B1,B2の内の他の各光信号についても、対応する例えば上下二層構造の導波路122 ,122 、123 ,123 、……を介して且つ同様に別に設定された第4の光結合回路32に取り込まれ(光信号B1については第3の光結合回路31を介して)、上下二層構造を維持されて、MMF(マルチモードファイバ)アレイ100を介して、それぞれ他方の基板10B側に送り出されるようになっている。
The other optical signals of the optical signals B1 and B2 are also set separately through the corresponding upper and lower two-layered
又、MMF(マルチモードファイバ)アレイ100は、前述した導波路121 ,121 、122 ,122 、123 ,123 、……に対応して二本一組で構成された複数のMMF回線100aを備えている(図16,図18参照)。
In addition, the MMF (multimode fiber)
(第3の光結合回路31/上層導波路用光結合回路)
上述した上層導波路用光結合回路(第3の光結合回路)31は、前述したように、一方の基板10A上の図16における前記第1の光結合回路11Aから送り出される光信号B1を対象としたものであり、上下二層構造の導波路(例えば121 ,121 )の上層部に配置するためのものであり、図17にその一例を示す。
(Third
The upper-layer waveguide optical coupling circuit (third optical coupling circuit) 31 described above targets the optical signal B1 sent from the first
この図17に示す上層導波路用光結合回路(第3の光結合回路)31は、第1の光結合回路11A側から送り出される光信号B1を取り込む入力側導波路(例えば121 )と、この入力側導波路121 の伝送方向先の端部に対向して個別に配設され当該導波路入力側導波路121 とは異なった方向(図17では斜め上方)への光信号の伝送(送信)を案内する45度多重反射ミラー14と、この45度多重反射ミラー14を介して前記下段の導波路121 との間で光信号を連係して取り込んで上段側から外部に対して当該光信号B1を中継し送り出す信号伝達手段35とを備えている。
An upper-layer waveguide optical coupling circuit (third optical coupling circuit) 31 shown in FIG. 17 includes an input-side waveguide (for example, 12 1 ) that takes in the optical signal B1 sent from the first
ここで、前記入力側導波路121 の伝送方向先の端部は、前記45度多重反射ミラー14が備えている複数の光信号伝送多重層14aの内の一つ以上の層(入力側端面)に対応させて配設されている。又、この入力側導波路121 と前記45度多重反射ミラー14の前記光信号伝送多重層14aとの間には、前記光信号の拡散を抑制する光レンズ部が設けられている。
Here, the end portion of the transmission direction destination of the
この光レンズ部としては、前述した図10に開示した二重レンズ型光レンズ部12Wと同様に形成された二重レンズ型光レンズ部12Waが装備されている。そして、この二重レンズ型光レンズ部12Waと前記入力側導波路121 とは一体化されている。
As this optical lens part, a double lens type optical lens part 12Wa formed in the same manner as the double lens type
更に、この二重レンズ型光レンズ部12Waから送り出される光信号B1を前記45度多重反射ミラー14を介して取り込む前述した信号伝達手段35として、本第2実施形態では、図10に開示した二重レンズ型光レンズ部12Wと同様に形成され且つ前後位置を180度回転させた状態の二重レンズ型光レンズ部12Wbが装備されている。
Further, as the signal transmission means 35 that takes in the optical signal B1 sent out from the double lens type optical lens portion 12Wa through the 45 degree
換言すると、この図17に示す上層配置光結合回路(第3の光結合回路)31は、前記第1の光結合回路11A側の下段の入力側導波路(例えば121 )を前述した45度多重反射ミラー14を介して上段の出力側導波路121 に光結合させるように構成したもので、下段の入力側導波路121 の前記45度多重反射ミラー14側には、レンズ部として前述した図10に開示した二重レンズ型光レンズ部12Wと同様に形成された二重レンズ型光レンズ部12Waが装備されている。
In other words, the upper-layer-arranged optical coupling circuit (third optical coupling circuit) 31 shown in FIG. 17 includes the lower input side waveguide (for example, 12 1 ) on the first
又、前記45度多重反射ミラー14側の光伝送出力側に配置された上段の出力側導波路121 には、上述したように、その45度多重反射ミラー14の光出力端面に対向して上記二重レンズ型光レンズ部12Waと同様に形成された二重レンズ型光レンズ部12Wbが、前述したように図17における上記二重レンズ型光レンズ部12Waを180度回転させた状態に(図17中の左右を逆にして設定した状態)で配設されている。図17の図中、矢印は光信号B1の伝搬経路の例を示す。
Further, the
この場合、X方向の光は導波路121 に形成された二重レンズ型光レンズ部12Waにより閉じ込められ(拡散が有効に抑制され)、Y方向の光は45度多重反射ミラー14の多重層14a,14b,の間に閉じ込められる。このため、45度多重反射ミラー14のZ方向の厚みTを、上下二重層の各導波路121 ,121 の間隔Sにあわせることで異なる段(下層)の導波路121 から異なる段(上層)の導波路121 への光結合が可能となる。
In this case, the light in the X direction is confined by a double lens type lens unit 12Wa formed in the waveguide 12 1 (diffusion is effectively suppressed), multiple layers of Y-direction of the light 45 degrees
ここで、この図17で使用される45度多重反射ミラー14は、それ以前に開示したもとは異なり、Z方向に入射し出射位置を変えて同じくZ方向に出射するものである。先述の45度多重反射ミラーを二つ重ねた状態の高さを備えたものとなっている。
Here, the 45-degree
これにより、伝搬中の光信号B1は、その拡散が二重レンズ型光レンズ部12Wa,12Wb及び45度多重反射ミラー14によって効果的に抑制され、感度低下をきたすことなく、下段の入力側導波路121 から上段の出力側導波路121 へZ方向への伝送方向を維持して伝送させることが可能となっている。
As a result, the propagation of the optical signal B1 during propagation is effectively suppressed by the double lens type optical lens portions 12Wa and 12Wb and the 45 °
他の下段の導波路122 ,123 ,……(図16参照)についても、同様にそれぞれ対応して装備された他の二重レンズ型光レンズ部12Wa,12Wb及び他の45度多重反射ミラー14によって、上段の導波路122 ,123 ,……にそれぞれ連結されるようになっている。
Similarly for the other
ここで、この各上段の導波路121 ,122 ,123 ,……(光信号B1用)は、前述したように、第2の光結合回路11B側から送り出される光信号B2用の下段の導波路121 ,122 ,123 ,……と、それぞれ二層構造を構成し、前述した段付構造の第4の光結合回路32に光結合されている。
Here, the
(第4の光結合回路32/段付構造の光結合回路)
次に、第4の光結合回路(段付構造の光結合回路)32を、図18に基づいてについて説明する。
この図18に示す第4の光結合回路32は、前述した光信号B1,B2を上下二層構造の導波路(例えば121 ,121 )を介して取り込むと共に、MMF(マルチモードファイバ)アレイ100を介して前述した他方の基板10B側に送り込む光信号中継伝送機能を備えている。
(Fourth
Next, the fourth optical coupling circuit (stepped structure optical coupling circuit) 32 will be described with reference to FIG.
The fourth
この第4の光結合回路32は、前述したように、一方の基板10A上の図16における右端部に装備され、前述した第1,第2の各光結合回路(送信側光アセンブリ)11A,11Bから送り出される光信号B1,B2の双方を対象としたものであり、上下二層構造の導波路(例えば121 ,121 )に対応して設置されている。この場合、上下二層構造にしたのは、前述したMMF(マルチモードファイバ)アレイ100との間に装備されるコネクタの集約度を高めるためである。
As described above, the fourth
この図18に示す第4の光結合回路32は、前述した第1,第2の各光結合回路11A,11B側から送り出される光信号B1,B2を取り込む導波路(例えば121 ,121 )と、この導波路121 ,121 の各他方の端部に対向して個別に配設され当該導波路121 とは異なった方向(斜め上方)への光信号の伝送(送信)を案内する45度多重反射ミラー14,14と、この45度多重反射ミラー14,14の上段面から光信号を外部に対して送り出す信号伝達手段32Aとを含んで構成されている。
The fourth
ここで、上記二層構造の前記各導波路121 ,121 は、下層に位置する導波路121 が前方(45度多重反射ミラー14側/図18内の右方向)に突設され、上層に位置する導波路121 が後方(図18内の左方向)に後退した形態をもって配置され、これにより、二層構造の導波路121 ,121 の端部が段付構造となっている。そして、この段付構造部分に、前記上層に位置する導波路121 用の45度多重反射ミラー14が設置され、下段の突設された部分の先端面に対向して、下層に位置する導波路121 用の前記45度多重反射ミラー14が設置されている。
Here, each of the
又、この各導波路121 ,121 には、前記45度多重反射ミラー14,14の側面(光入力面)である前記光信号伝送多重層に端面に対向して、前記光信号の拡散を抑制する光レンズ部12cが、それぞれ装備されている。この光レンズ部12cとしては、前述した図4に開示した半円柱状レンズ部が使用され前記各導波路121 ,121 に一体化されている。
The
前述した信号伝達手段32Aは、上記各半円柱状レンズ部12cから送り出される光信号B1,B2を前記45度多重反射ミラー14,14を介して別々に取り込んで、前述した他方の基板10B側に送出する機能を備えている。
The above-described signal transmission means 32A separately takes in the optical signals B1 and B2 sent out from the respective
この信号伝達手段32Aは、本第2実施形態では、図18に示すように前記各45度多重反射ミラー14,14の上面に沿って配置された半円柱状レンズ体31A,31Bと、この半円柱状レンズ体32A,32Bを介して上方に向けて送り出される光信号B1,B2を前述したMMF(マルチモードファイバ)回線100aの一端部に向けて図18内の右方向に反射送出する45度反射ミラー32Cと、この45度反射ミラー32Cと前記MMF(マルチモードファイバ)回線100aとを連結する光コネクタ部32Dとを備えている。
In the second embodiment, the signal transmission means 32A includes semi-cylindrical lens bodies 31A and 31B arranged along the upper surfaces of the 45-degree multiple reflection mirrors 14 and 14, respectively, as shown in FIG. The optical signals B1 and B2 sent upward through the
即ち、上記信号伝達手段32Aは、前記各45度多重反射ミラー14から外部に対して送受信される光信号を反射して伝送する45度反射ミラー32Cと、この45度反射ミラー32Cに係合して設置され外部と送受信される前記光信号を中継する中継光ファイバ(MMF回線100a)を一部とするMMF(マルチモードファイバ)アレイ100と、前記MMF回線100aの開口端部と前記45度反射ミラーとの間に配置された二個の集光レンズ32Da,32Dbを備えたMMF用光コネクタ部31Dとを含んで構成されている。
That is, the signal transmission means 32A is engaged with a 45
これにより、一方の基板10Aにおける第1,第2の各光結合回路(送信側光アセンブリ)11A,11Bから送り出される光信号B1,B2は、第4の光結合回路32からMMF回線100aを介して他方の基板10B側へ伝送されるようになっている。
As a result, the optical signals B1 and B2 sent out from the first and second optical coupling circuits (transmission-side optical assemblies) 11A and 11B on one
(他方の基板10B側との連係)
図18に示すように、第1,第2の各光結合回路(送信側光アセンブリ)11A,11Bから出力される光信号B1,B2は、それぞれ二段に形成されたポリマー導波路12(例えば121 ,121 )を通して一つのコンパクトな光コネクタ部32Dで束ねられてMMFアレイ100の一部であるMMF回線100aに送り込まれる。
(Linkage with the
As shown in FIG. 18, the optical signals B1 and B2 output from the first and second optical coupling circuits (transmission-side optical assemblies) 11A and 11B are polymer waveguides 12 (for example, formed in two stages, respectively) 12 1 , 12 1 ) are bundled by one compact
そして、他方の基板10B側では、MMF回線100aを介して送られてくる光信号B1,B2を光コネクタ部33Dを介して取り込み、同じく二段に形成された対応するポリマー導波路12,12(例えば121 ,121 )を通して第7,第8の各光結合回路(送信側光アセンブリ)13A,13Bに伝送される。
他のポリマー導波路122 ,122 、123 ,123 、……(図16参照)についても同様である。
On the
The same applies to the
ここで、コンパクトな光コネクタ部33Dを実現するには、前述したように、導波路を二段以上の多段にすることが必要となる。この場合、光コネクタ部33Dの光路はマトリックス状に形成され、そしてマトリックス状に配置されたMMFアレイ100と光結合される。
Here, in order to realize the compact
図16の構成(光モジュール)における一方の基板10A側では、光信号B1,B2が通過する各光結合回路と各段に対する導波路12の結合、又異なる段の導波路12から異なる段の導波路12への結合回路、そして、多段の導波路からMMFアレイ100への結合回路が必要となり、そのため、上述したように、第1乃至第4の各光結合回路11A,11B,31,32が各導波路12(121 ,122 ,123 ……)を個別に光結合するため構成部材として装備されている。
On one
ここで、異なる段の導波路12(121 ,122 ,123 ,……)から他の異なる段の導波路12(121 ,122 ,123 ,……)への光結合は、図17に示す第3の光結合回路31で実現される。又、二層の導波路121 ,121 、122 ,122 、123 ,123 ……からMMF回線100aへの光結合は、図18に示す第4の光結合回路32で対応することができる。
Here, the optical coupling from the waveguides 12 (12 1 , 12 2 , 12 3 ,...) Of different stages to the waveguides 12 (12 1 , 12 2 , 12 3 ,. This is realized by the third
そして、MMFアレイ100への光結合では、コネクタ数を削減するために、マトリックス状にMMFが配列した光コネクタ部32Dを想定している。導波路121 ,121 、122 ,122 、123 ,123 ……は、前述したように階段状に加工し、二種類の45度多重反射ミラー14,14を配置し、この各45度多重反射ミラー14,14の上面には、前述したように半円柱状レンズ体31A,31Bを配置した。
In the optical coupling to the
これにより、多層のポリマー導波路121 ,121 、122 ,122 、123 ,123 ……のピッチPをMMF回線100aのピッチPFのように広くなるように変換できる。そして、各導波路121 ,121 、122 ,122 、123 ,123 ……に装備した半円柱状レンズ部12cと、部品として配置した半円柱状レンズ体31A,31Bとにより平行光が形成され、光コネクタ部32Dとの光結合が容易となる。
Thereby, the pitch P of the
又、本第2実施形態では、半円柱状レンズ体31A,31Bは光素子と同じように配置することを想定したが、この半円柱状レンズ体31A,31Bの厚み精度が高ければ、先に45度多重反射ミラー14,14に当該半円柱状レンズ体31A,31Bを張り合わせておいてもよい。
図18に示す階段状の導波路121 ,122 を形成するには、1段目導波路形成後に金属マスクを予め形成してから2段目の導波路を形成し、2段目の金属マスクを形成したのちに一括で2段の導波路に対してドライエッチングを施せばよい。
In the second embodiment, it is assumed that the semi-cylindrical lens bodies 31A and 31B are arranged in the same manner as the optical element. However, if the thickness accuracy of the semi-cylindrical lens bodies 31A and 31B is high, the semi-cylindrical lens bodies 31A and 31B first. The semi-cylindrical lens bodies 31A and 31B may be bonded to the 45-degree multiple reflection mirrors 14 and 14, respectively.
In order to form the stepped
(他方の基板10B側の構成)
図16に示すように、前記他方の基板10B上には、前記一方の基板10Aから送られてくる光信号B1,B2を電気信号に有効に変換するため、前述した第1乃至第4の各光結合回路11A,11B,31,32とほぼ同等に形成された第5乃至第8の各光結合回路33,34,13A,13Bが、前述したMMF回線100aを挟んで、前述した第1乃至第4の各光結合回路11A,11B,31,32に対してそれぞれ対称の位置に設置されている。
(Configuration on the
As shown in FIG. 16, on the
即ち、図16において、MMF回線100aを介して一方の基板10A側から送り込まれる光信号B1,B2は、第4の光信号結合回路32と同等に形成された段付構造の光結合回路である第5の光信号結合回路33にて二層構造の各導波路121 ,121 (122 ,122 、123 ,123 ……)に送り込まれ、他方の基板10B側に取り込まれる。この第5の光信号結合回路33を図19に示す。
That is, in FIG. 16, the optical signals B1 and B2 sent from the one
この図19に示すように、第5の光信号結合回路33は、前述した第4の光信号結合回路32と全く同一に構成され、前記第4の光信号結合回路32とは逆向きに設置されMMF回線100aに連結されている。矢印は光信号B1,B2の反射伝搬方向を示す。
As shown in FIG. 19, the fifth optical
この第5の光信号結合回路33から送り出される光信号B1,B2の内、光信号B1を案内する二層構造の上層に位置する導波路121 (122 ,123 ……)部分は、後述する図20に開示した第6の光信号結合回路34によって下層に設置された光信号B1用の導波路121 (122 ,123 ……)部分に光結合される。
Of the optical signals B1 and B2 sent out from the fifth optical
ここで、この第6の光信号結合回路34は、図20に示すように前述した第3の光信号結合回路31と全く同一に形成されており、この他方の基板10B側では逆向きに設置され(矢印B1参照)、これによって上述したように下層に設置された光信号B1用の導波路121 (122 ,123 ……)部分に光結合される。
図20中、矢印はB1は光信号B1の伝搬方向を示す。
Here, the sixth optical
In FIG. 20, arrow B1 indicates the propagation direction of the optical signal B1.
そして、光信号B1は、この第6の光信号結合回路34および下層に位置する光信号B1用の導波路121 (122 ,123 ……)を介して受信側アセンブリである光信号B1用の第7の結合回路(一方の受信側結合回路)13Aへ送り込まれる。
Then, the optical signal B1 is an optical signal B1 which is a reception side assembly via the sixth optical
この受信側アセンブリである一方の受信側結合回路13Aは、前述した第1実施形態における受信側アセンブリ(他方の光結合回路)13と全く同一に形成され、同一に機能するようになっている。
One receiving
これにより、前記一方の受信側アセンブリ(第7の光結合回路)13Aに伝送されてきた光信号B1は、当該第7の光結合回路13Aで電気信号に変換されて外部向けの信号処理を行う発信信号処理部3Aへ送り込まれ、所定の信号送信処理に付される。
As a result, the optical signal B1 transmitted to the one receiving-side assembly (seventh optical coupling circuit) 13A is converted into an electrical signal by the seventh
一方、図19に示す上記第5の光信号結合回路(段付構造の光結合回路)33から取り込まれた光信号B1,B2の内の光信号B2を案内する二層構造の下層に位置する導波路121 (122 ,123 ……)部分はそのまま延設されて他方の受信側アセンブリである光信号B2用の第8の光信号結合回路13Bへ送り込まれる。
On the other hand, it is located in the lower layer of the two-layer structure that guides the optical signal B2 among the optical signals B1 and B2 taken from the fifth optical signal coupling circuit (stepped structure optical coupling circuit) 33 shown in FIG. The portion of the waveguide 12 1 (12 2 , 12 3 ...) Is extended as it is and sent to the eighth optical
この光信号B2用の第8の光信号結合回路13Bは、前述した第1実施形態における受信側アセンブリ(他方の光結合回路)13と全く同一に形成され、同一に機能するようになっている。即ち、この場合の光信号B1用とB2用の各他方の結合回路13A,13Bは、それぞれ全く同一に形成されたものが装備されている。
The eighth optical
これにより、前記受信側アセンブリ(他方の光結合回路)13Bに伝送されてきた光信号B2は、当該受信側アセンブリ(他方の光結合回路)13Bで電気信号に変換され、外部に向けて発信するための信号処理を行う発信信号処理部3Bへ送り込まれて所定の信号処理に付される。
その他の構成及びその機能は前述した第1実施形態のものと同一となっている。
As a result, the optical signal B2 transmitted to the receiving side assembly (the other optical coupling circuit) 13B is converted into an electrical signal by the receiving side assembly (the other optical coupling circuit) 13B, and is transmitted to the outside. The signal is sent to the transmission
Other configurations and functions thereof are the same as those of the first embodiment described above.
このようにしても、前述した第1実施形態と同一の作用効果を得ることができるほか、更に、各光結合回路における光結合に際しても、光信号の拡散が各レンズ部および45度多重反射ミラー14,14の機能により有効に抑制され、これによって信号授受に際してのインターコネクションの高速化が可能となり、信号伝送距離が長い回路であってもインターコネクションの高速化が可能となり、これがため、スループットの高い光インターコネクションを実現でき、効率のよい光送受信用の光モジュールを得ることができる。 Even in this case, the same operational effects as those of the first embodiment described above can be obtained. Further, in the optical coupling in each optical coupling circuit, the optical signal is diffused by each lens unit and the 45-degree multiple reflection mirror. 14 and 14, which effectively suppresses the interconnection speed for signal transmission / reception, and enables the interconnection speed even for a circuit having a long signal transmission distance. High optical interconnection can be realized, and an efficient optical module for optical transmission / reception can be obtained.
ここで、上記第2の実施形態では、光信号B1用と光信号B2用の二つの送信側アセンブリ(一方の光結合回路)11A,11Bを装備した場合を例示したが、この送信側アセンブリ(一方の光結合回路)11A,11Bに代えて導波路121 ,122 ,123 ,……との結合数の多い単一の光結合回路(一方と他方の光結合回路11A,11Bの各光回路を合計してなる光回路を有する)を使用すると共に、当該光結合回路の各光回路を光信号B1用と光信号B2用に二分して使い分けるように構成してもよい。又、受信側アセンブリ(他方の光結合回路)13A,13Bについても同様である。
Here, in the second embodiment, the case where the two transmission side assemblies (one optical coupling circuit) 11A and 11B for the optical signal B1 and the optical signal B2 are provided is illustrated, but this transmission side assembly ( A single optical coupling circuit (one
〔第3の実施形態〕
次に、第3の実施形態を、図21乃至図23に基づいて説明する。
ここで、前述した第2実施形態と同一の構成部材については同一の符号を用いるものとする。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment will be described with reference to FIGS.
Here, the same reference numerals are used for the same components as those of the second embodiment described above.
この第3実施形態は、前述した第2実施形態において、光信号B1用と光信号B2用の二つの送信側アセンブリ(送信側光結合回路である第1,第2の光結合回路)11A,11Bに代えて二層構造の一つの送信側アセンブリ(一方の光結合回路)41を、又、光信号B1用と光信号B2用の二つの受信側アセンブリ(他方の光結合回路)13A,13Bに代えて二層構造の一つの受信側アセンブリ(他方の光結合回路)43を、それぞれ装備した点に特徴を有する。 In the third embodiment, in the second embodiment described above, two transmission-side assemblies (first and second optical coupling circuits which are transmission-side optical coupling circuits) 11A for the optical signal B1 and the optical signal B2 are provided. Instead of 11B, a single transmission side assembly (one optical coupling circuit) 41 having a two-layer structure, and two reception side assemblies (the other optical coupling circuits) 13A and 13B for the optical signal B1 and the optical signal B2 are used. Instead, one receiving side assembly (the other optical coupling circuit) 43 having a two-layer structure is provided.
即ち、この第3の実施形態における信号送受信用光モジュール40は、一方の基板(ボード)10Aに装備された二個の伝送信号処理部2A,2Bに入力される送信用の電気信号を、他方の基板(ボード)10Bに装備され外部に発信する複数の発信信号処理部3A,3Bに伝送するための光信号伝送路(光式インターコネクション回路)40Aを備えている。
ここで、上記二個の伝送信号処理部2A,2Bについては、(光モジュール全体の小型化を意図して)図21に示すように他方の伝送信号処理部2Bを後述する導波路73,83上に展開し積層した場合を例示にしたが、一方の伝送信号処理部2A上に積層するように構成してもよい。外部に向けて発信する発信信号処理部3A,3Bについても同様である。又、この伝送信号処理部2A,2Bについては、図21に示すように図示面上90度回転した位置に設置し、これによって光モジュール全体の小型化を図ると共に、送信信号の入出力に際しての操作性を高めた構造としたが、前述した第2実施例の場合と同様に(導波路73,83に沿って)直線状に配置してもよい。発信信号処理部3A,3Bについても同様である。符号2a,2b,3a,3bは、それぞれ送信用の電気信号を送信側アセンブリ41又は受信側アセンブリ43に送り込むための帯状配線群を示す。
That is, the signal transmission / reception
Here, with respect to the two transmission
前述した光信号伝送路(光式インターコネクション回路)40Aは、前記二個の伝送信号処理部2A,2Bから出力される複数の電気信号を二つのグループの光信号B1,B2に分けて変換出力する二層構造の送信側光アセンブリ41と、前記光信号B1,B2を複数のポリマー導波路731 ,732 ,733 ,……、831 ,832 ,833 ,……、を介して個別に取り込み前述した他方の基板(ボード)10B側へ伝送する光信号中継手段99Bと、この光信号中継手段99Bを介して伝送されて来る光信号B1,B2を複数のポリマー導波路731 ,732 ,733 ,……、831 ,832 ,833 ,……、を介して個別に取り込み電気信号に変換して前記各発信信号処理部3A,3Bに伝送する二層構造の受信側光アセンブリ43とを備えて構成されている。
ここで、光信号B1は二層構造のポリマー導波路73,78の内の上層部分のポリマー導波路731 ,732 ,733 ,……を伝搬するものとし、光信号B1は二層構造のポリマー導波路73,78の内の下層部分のポリマー導波路831 ,832 ,833 ,……を伝搬するものとする(図22(B),図23(B)参照)。
The optical signal transmission path (optical interconnection circuit) 40A described above divides a plurality of electrical signals output from the two transmission
Here, the optical signal B1 propagates through the polymer waveguides 73 1 , 73 2 , 73 3 ,... In the upper layer portion of the polymer waveguides 73 and 78 having a two-layer structure, and the optical signal B1 has a two-layer structure. Are propagated through the polymer waveguides 83 1 , 83 2 , 83 3 ,... In the lower layer portion of the polymer waveguides 73 and 78 (see FIGS. 22B and 23B).
上記光信号中継手段99Bは、前述した一方と他方の各基板10A,10Bのド相互間に設置された光結合用の複数の中継光ファイバー(MMF回線100aを含むMMF100)と、この中継光ファイバーと前記基板10A上の前記光信号B1,B2に対応したポリマー導波路731 ,732 ,733 ,……、831 ,832 ,833 ,……、とを光結合する一方の中継用光結合回路(第4の光結合回路)32と、前記複数の中継光ファイバー(MMF回線100aを含むMMF100)と前記他方の基板10B上の前記光信号B1,B2に対応したポリマー導波路731 ,732 ,733 ,……、831 ,832 ,833 ,……、とを光結合する他方の中継用光結合回路(第5の光結合回路)33とにより構成されている。
The optical signal relay means 99B includes a plurality of optical coupling optical fibers (
ここで、送信側アセンブリ(一方の光結合回路)41の構成内容を図22に示す。
この図22において、送信側アセンブリ(一方の光結合回路)41は、予め上下二層に設置された導波路731 ,831 に対応して、共通に装備された45度多重反射ミラー44を備えている。
Here, FIG. 22 shows a configuration content of the transmission side assembly (one optical coupling circuit) 41.
In FIG. 22, a transmission side assembly (one optical coupling circuit) 41 includes a 45-degree
この45度多重反射ミラー44の上面には面発光レーザ(VCSEL)35,45が配置され、この面発光レーザ35,45から変換出力された光信号B1,B2が、それぞれ45度多重反射ミラー44の側面から光信号B1,B2として前述した導波路731 ,831 に向けて送り出されるように構成されている。他の導波路732 ,832 、732 ,832 、733 ,833 、……(図21参照)についても同様である。
Surface emitting lasers (VCSEL) 35 and 45 are arranged on the upper surface of the 45 degree
ここで、この第3実施形態では、最初から上下二層に設置された導波路(例えば731 ,831 )を対象としていることから、前述した第2実施形態に装備されている第3の光結合回路31および34(図16参照)は不要となっており、装備されていない(図21参照)。
Here, in the third embodiment, since the waveguides (for example, 73 1 and 83 1 ) installed in the upper and lower two layers are targeted from the beginning, the third embodiment equipped in the second embodiment described above is used. The
図22において、符号201は面発光レーザ35,45を装備した面発光レーザアレイ本体を示す。又、符号35a,45aはそれぞれ面発光レーザ35,45に電気的に接続されたドーナツ形状の電極を示す。
In FIG. 22,
又、この各ドーナツ形状の電極35a,45aには、前述した伝送信号処理部2A,2B(図21参照)から出力される伝送信号である電気信号(レーザ駆動信号)を取り込む信号導入電極34a,44aおよび当該取り込んだ電気信号を面発光レーザ35,45側のドーナツ形状の電極35a,45aに案内する信号案内回線34b,44bが上記面発光レーザアレイ本体201に設けられている。符号202は面発光レーザアレイ本体201を保持するレーザアレイ本体支持部を示す。
The donut-shaped
この各面発光レーザ35,45は、電気信号に駆動されて前述した伝送信号を含む光信号B1,B2を変換出力する。そして、この各面発光レーザ35,45で変換出力された光信号B1,B2は、前述した第2実施形態の場合と同様に構成された二層の導波路731 ,831 (732 ,832 、733 ,833 ……),第4の光結合回路32,およびMMF回線100aを介して順次光結合され、他方の基板10B側に伝送される。
Each of the
そして、この他方の基板10B側では、MMF回線100aを介して送られてくる光信号B1,B2を、前述した第2実施形態の場合と同様に第5の光結合回路73(図21参照)を介して取り込み、予め設置された二層の導波路731 ,831 (732 ,832 、733 ,833 ……)を介して下記に示す二層構造の他方の光結合回路(受信側アセンブリ)43で光電変換され、外部発信用の信号処理を行う発信信号処理部3A,3Bに各別に送り込まれる。
On the
ここで、この第3実施形態では、前述した第2実施形態において装備されている光信号B1用と光信号B2用の二つの受信側アセンブリ(他方の光結合回路である第7,第8の光結合回路)13A,13Bに代えて、上述したように、二層構造の一つの受信側アセンブリ(他方の光結合回路)43が装備されている。
この受信側アセンブリ(他方の光結合回路)43の構成内容を図23に示す。
Here, in the third embodiment, the two receiving side assemblies for the optical signal B1 and the optical signal B2 installed in the second embodiment described above (the seventh and eighth optical coupling circuits are the other optical coupling circuits). Instead of the optical coupling circuit) 13A and 13B, as described above, one receiving side assembly (the other optical coupling circuit) 43 having a two-layer structure is provided.
FIG. 23 shows the configuration of the receiving side assembly (the other optical coupling circuit) 43.
この図23において、受信側アセンブリ(他方の光結合回路)43は、予め設定された上下二層の導波路(例えば731 ,831 )に対して45度多重反射ミラー44が共通に1個装備され、この45度多重反射ミラー44の側面から予め上下二層に設置された導波路731 ,831 を介して入射される光信号(受信光信号)B1,B2を45度多重反射ミラー44を介して取り込む共に上面に配設したホトダイオード(PD)55,65によって光電変換し、これを外部発信用の信号処理を行う発信信号処理部3A,3B(図21参照)に、各別に送り込むようになっている。
In FIG. 23, the receiving-side assembly (the other optical coupling circuit) 43 has one 45-degree
そして、この第3実施形態では、上記他方の基板10B側でも、最初から上下二層に設置された導波路(例えば731 ,831 )を介して光信号B1,B2を伝送するように構成されているため、前述したように第2実施形態で装備された第6の光結合回路34は不要となっており、装備されていない。
Then, in the third embodiment, even in the
ここで、符号301は、ホトダイオード(PD)55,65を装備したホトダイオードアレイを示す。又、符号55a,65aは電極配線54b,64bを介してそれぞれホトダイオード(PD)に電気的に接続された信号出力電極を示す。
Here,
この各信号出力電極55a,65aを介して、前記ホトダイオード(PD)55,65にて光電変換された受信信号(電気信号)が、図示しない配線を介して外部発信用の信号処理を行う発信信号処理部3A,3Bに向けて送り出されるようになっている。その他の構成は前述した第2実施形態と同一となっている。
A transmission signal in which the received signal (electrical signal) photoelectrically converted by the photodiode (PD) 55, 65 through the
このようにしても、前述した第2実施形態と同等の作用効果を得ることができるほか、二層以上の導波路の積層構造も可能なので、スループットの高い光インターコネクションを実現することができるという利点がある。 Even if it does in this way, since the same operation effect as a 2nd embodiment mentioned above can be obtained, since the laminated structure of two or more waveguides is also possible, it can realize optical interconnection with high throughput. There are advantages.
又、上記二層になっている導波路(例えば731 ,831 )については、図22,図23に示すように、その間隔Sがそのまま光素子である面発光レーザ35,45やホトダイオード(PD)55,65の設定間隔Sになるので、実装に際しては導波路のY軸方向の位置制御が必要となる。 Further, as shown in FIGS. 22 and 23, the two-layered waveguides (for example, 73 1 and 83 1 ), as shown in FIG. 22 and FIG. Since the set interval S of (PD) 55 and 65 is set, it is necessary to control the position of the waveguide in the Y-axis direction during mounting.
また、二層以上の場合には、半円柱状レンズの曲率を下段になるほど小さくする必要がある。この場合には図10のレンズ構成であれば設計自由度が高く、導波路の位置ごとに半円柱状レンズ部の曲率を変えることができる。ここで、導波路に対して面発光レーザ35,45やホトダイオード(PD)55,65の光素子に対する電極35a,45a,55a,65aは金バンプなどを用いて実装できる。
In the case of two or more layers, it is necessary to decrease the curvature of the semi-cylindrical lens as it goes down. In this case, the lens configuration in FIG. 10 provides a high degree of freedom in design, and the curvature of the semi-cylindrical lens portion can be changed for each position of the waveguide. Here, the
〔その他の効果〕
前述した上記各実施形態にあって、上記各光結合回路は、交互に積層された誘電体層と金属薄膜からなる45度多重反射ミラー14と、導波路および当該導波路にモノリシックに形成された半円柱状レンズとを備えて構成されているので、部品点数が少なくなり、更に低コストの部品を組み合わせた構成および低コストの実装で、面発光レーザと導波路の光結合、ホトダイオードと導波路の光結合が可能となり、その結果、低コストの光結合回路を提供することができる。
[Other effects]
In each of the above-described embodiments, each of the optical coupling circuits is formed monolithically in the waveguide and the waveguide, the 45-degree
また、上記第2実施形態で開示したように、ポリマー導波路とMMF回線との光結合が可能となり、かかる点においても光インターコネクションが複数の筐体(又は基板)に別れていても低コストの伝搬損失の少ない光結合回路を提供することができる。
更に、45度多重反射ミラー14に対して、横方向の光閉じ込めが光軸に垂直な2軸の内の1軸方向に強い面発光レーザ(VCSEL)を用いることにより可能となるので、低コストで高速動作可能な光送信モジュール(光モジュール)を提供することができる。
Further, as disclosed in the second embodiment, the optical coupling between the polymer waveguide and the MMF line is possible, and in this respect, even if the optical interconnection is divided into a plurality of cases (or substrates), the cost is low. It is possible to provide an optical coupling circuit with less propagation loss.
Further, since the optical confinement in the lateral direction is made possible by using a surface emitting laser (VCSEL) strong in one of the two axes perpendicular to the optical axis, the low-
そして又、上記第2実施形態で開示したように、高さの異なる導波路に対しての光結合も、45度多重反射ミラー14を介して有効に成し得るように構成したので、高効率の光結合を可能とすることができた。
In addition, as disclosed in the second embodiment, since the optical coupling to the waveguides having different heights can be effectively performed via the 45-degree
又、45度多重反射ミラー14において光路変換後の光の出射位置と入射位置の関係をどちらか一方の情報から予想できることから、画像処理及び実装する導波路に対する高さ検知を、組み合わせて実装することが可能となる。その結果、実装は全自動化され、低コストな実装が可能となる。
<実施例>
Further, since the relationship between the emission position and the incident position of the light after the optical path conversion in the 45-degree
<Example>
本発明にかかる光結合回路の具体的な実施例を説明する。
ここで、送信側光アセンブリである第1の光結合回路11は、図1乃至図3に示すように、面発光レーザ(VCSEL)アレイ18と、この面発光レーザ(VCSEL)アレイ18につながる電気伝送路17(171 ,172 ,173 ,……)と、45度多重反射ミラー14およびポリマー導波路12(121 ,122 ,123 ,……)との組合せからなる。
Specific examples of the optical coupling circuit according to the present invention will be described.
Here, as shown in FIGS. 1 to 3, the first
ポリマー導波路12はSi基板上にアレイ状に作製し、アレイ間隔250〔μm〕、アレイ数12〔ch〕、コアサイズ30〔μm〕画とし、コアの屈折率は1.54、コアとクラッドの屈折率差は2〔%〕とした。コア上部のクラッド層の厚みは70〔μm〕、コア下部のクラッド層の厚みは100〔μm〕とした。
The
Si基板には、予めTiAu薄膜を形成し、45度多重反射ミラーが配置される位置以外のTiAu膜は、ポリマー導波路形成前にフォトリソグラフィーとウェットエッチングにより取り除いた。 A TiAu thin film was previously formed on the Si substrate, and the TiAu film other than the position where the 45 ° multiple reflection mirror was arranged was removed by photolithography and wet etching before forming the polymer waveguide.
最表面に0.1〔μm〕厚のTi薄膜と、0.5〔μm〕厚のAu薄膜を形成し、フォトリソグラフィーにより実装用のマーカーと、半円柱状レンズ12cおよび電気配線のパターン(電気伝送路)17を形成し、電気配線部の抵抗を低減するためにCuメッキを施し、これをマスクとしてドライエッチングを行い、基板面のAu膜に到達するまでエッチングし、これによって半円柱状レンズを形成した。
A 0.1 [μm] -thick Ti thin film and a 0.5 [μm] -thick Au thin film are formed on the outermost surface, and a mounting marker, a
前述した45度多重反射ミラー14は、ガラス基板上にTiとSiO2 を交互にスパッタで積層した後、ダイシングで形成した。Tiの厚みは0.1〔μm〕でSiO2 の厚みを4.9〔μm〕とし、100周期形成したのち、ダイシングで45度に切り出し、金属層が45度に形成された直方体(サイズ200〔μm〕×500〔μm〕×3500〔μm〕)の45度多重反射ミラー14を作製し、裏面のTiAuを形成した。
The 45-degree
又、Si基板上にAuSnボールを配置し、加熱してAuSnを溶かした。
マウントヘッドで予め導波路表面の高さを検出した後、45度多重反射ミラー14はエッジを検出して平行出しを行い、マウントヘッドに真空吸着した。その後、45度多重反射ミラー14をSi基板上に配置し、実装用マーカーに対し、X方向およびZ方向の位置を制御し、同時に高さ制御を行い、冷却によりAuSnを固化し、45度多重反射ミラー14の表面を導波路表面よりも30〔μm〕高い位置に、円柱レンズ端から10〔μm〕離れた位置に固定した。
Also, AuSn balls were placed on the Si substrate and heated to melt AuSn.
After the height of the waveguide surface was detected in advance by the mount head, the 45-degree
面発光レーザアレイ100には放射全角35度で12ch(250〔μm〕ピッチ)を用いた。波長は0.85〔μm〕である。60〔μm〕の金バンプで実装用マーカーを参照して熱圧着した。
これにより、面発光レーザ(VCSEL)と45度多重反射ミラー表面の距離は30〔μm〕以下に抑えられた。
The surface emitting
As a result, the distance between the surface emitting laser (VCSEL) and the 45-degree multiple reflection mirror surface was suppressed to 30 [μm] or less.
面発光レーザ(VCSEL)から出力された光は、Z軸方向に関して、45度多重反射ミラーにおけるミラー膜とミラー膜の間に閉じ込められ、空間的に広がるのを抑制されたまま、導波路12まで到達する。
The light output from the surface emitting laser (VCSEL) is confined between the mirror films in the 45-degree multiple reflection mirror in the Z-axis direction, and is spatially suppressed to the
一方、X軸方向に関して光は閉じ込められていないので、面発光レーザの出射点から導波路入り口にかけて広がるが、半円柱状レンズを介して有効に集光される。
これにより、面発光レーザ(VCSEL)と導波路の間は全チャンネルにおいて1〔dB〕以下の結合損失を低コストで実現できた。
On the other hand, since light is not confined in the X-axis direction, it spreads from the exit point of the surface emitting laser to the waveguide entrance, but is effectively condensed through the semi-cylindrical lens.
As a result, a coupling loss of 1 [dB] or less between all the channels between the surface emitting laser (VCSEL) and the waveguide can be realized at low cost.
ここでは、送信側光アセンブリ(一方の光結合回路)11についての実装技術を示したが、実装方法については受信側光アセンブリ(他方の光結合回路)13でも同様である。 又、ホトダイオード(PD)アレイの吸収層直径を50〔μm〕とすることで高効率のホトダイオード(PD)と導波路の結合が得られ、12〔ch〕で10〔Gbps〕のハイスループット動作が低コストで実現できることを確認することが出来た。 Here, the mounting technique for the transmission side optical assembly (one optical coupling circuit) 11 is shown, but the mounting method is the same for the reception side optical assembly (the other optical coupling circuit) 13. Also, by setting the absorption layer diameter of the photodiode (PD) array to 50 [μm], high-efficiency photodiode (PD) and waveguide coupling can be obtained, and high throughput operation of 10 [Gbps] can be achieved with 12 [ch]. It was confirmed that it could be realized at low cost.
〔第4の実施形態〕
次に、本発明の第4実施形態を図24乃至図30に基づいて説明する。
ここで前述した第1実施形態と同一の構成部材については同一の符号を用いるものとする。
[Fourth Embodiment]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
Here, the same reference numerals are used for the same constituent members as those of the first embodiment described above.
最初に本第4実施形態における技術内容の要点を説明し、その後に具体的な内容を詳述する。
まず、本第4実施形態において、光モジュールとしての信号送受信用モジュール400は、同一ボード10上に装備され伝送信号処理部2に外部入力される電気信号を外部に向けて送信する発信信号処理部3に伝送するための光式インターコネクション回路400Aを備えている。
First, the main points of the technical contents in the fourth embodiment will be described, and then the specific contents will be described in detail.
First, in the fourth embodiment, a signal transmission /
この光式インターコネクション回路400Aは、本第4実施形態にあっては、前記伝送信号処理部2に連結された一方の光結合回路(送信側光アセンブリ)411と、前記発信信号処理部3に連結された他方の光結合回路(受信側光アセンブリ)413と、前記各光アセンブリ411,413を相互に連結するポリマー導波路12とにより構成されている。この一方と他方の光結合回路411,413については、その詳細を後述する。
In the fourth embodiment, the
更に、この一方と他方の光結合回路411,413が備えている信号伝達手段を、当該信号伝達手段に併設されている45度多重反射ミラー14と共に前記ボード10上に固定する光・電気連係ソケット部96を備えている。
Further, an optical / electrical connection socket for fixing the signal transmission means included in the one and the other
そして、この光・電気連係ソケット部96は、前記45度多重反射ミラー14と光結合器回路411(又は413)とを同時に前記同一ボード10に押し当てて固定するロック機構96と、前記光結合回路411が備えている電気配線基板91を介して当該光結合回路411(又は413)の前記ボード10上の位置を決める位置決めピン96Bとを含んで構成されている。
The optical / electrical
以下、これ更に詳述する。
本第4実施形態における信号送受信用の光モジュール(光インターコネクション用モジュール)400は、図24に示すように、外部入力される信号を取り込んで伝送信号として信号処理する伝送信号処理部2と、この伝送信号処理部2からの出力信号を光信号に変換する一方の光結合回路(送信側光アセンブリ)411と、この一方の光結合回路411から出力される光信号を予め設置されている導波路(ポリマー導波路)12を介して取り込んで電気信号に変換する他方の光結合回路(受信側光アセンブリ)413と、この他方の光結合回路413で変換された電気信号を外部に向けて発信するための処理を行う発信信号処理部3とを備えている。
This will be described in further detail below.
As shown in FIG. 24, the optical module for signal transmission / reception (optical interconnection module) 400 in the fourth embodiment includes a transmission
ここで、伝送信号処理部2と一方の光結合回路411とにより、送信側光モジュール401が構成されている。又、発信信号処理部3と他方の光結合回路413とにより、受信側光モジュール403が構成されている。
Here, the transmission
又、送信側光モジュール401の一方の光結合回路(送信側光アセンブリ)411は、電気信号を光信号に変換する送信側光変換部411Aと、変換された光信号を前述した光導波路(ポリマー導波路)12を介して前記受信側光モジュール403へ送り出す送信側光結合部411Bとにより構成されている。
Also, one optical coupling circuit (transmission-side optical assembly) 411 of the transmission-side
また、受信側光モジュール403の他方の光結合回路(受信側光アセンブリ)413は、送信側光モジュール401側から送り込まれる光信号を収束して受信し受信側光変換部413A側に向けて送りだす受信側光結合部413Bと、この受信側光結合部413Bから送り込まれる光信号を電気信号に変換して発信信号処理部3へ送り出す受信側光変換部413Aとにより構成されている。
The other optical coupling circuit (reception-side optical assembly) 413 of the reception-side optical module 403 converges and receives the optical signal sent from the transmission-side
ここで、上記送信側光モジュール401の一方の光結合回路(送信側光アセンブリ)411と、受信側光モジュール403の他方の光結合回路(受信側光アセンブリ)413と、この両者を連結する光導波路(ポリマー導波路)12とのより光式インターコネクション回路400Aが構成されている。
Here, one optical coupling circuit (transmission-side optical assembly) 411 of the transmission-side
又、送信側光モジュール401と受信側光モジュール403とは、ボード10上の光導波路12を介して接続されているが、光コネクタを介してボード10上の光導波路とMMFや導波路シートを接続することで、送信側および受信側の光モジュール間にMMFや導波路シートを接続してもよい。
The transmission side
<送信側光結合回路411>
次に、図25乃至図26に基づいて送信側光結合回路411を構成する送信側光変換部411Aと送信側光結合部411Bについて説明する。
図25は送信側光結合回路411の断面図である。又、図26は送信側光結合部411Bの説明図である。
<Transmission side
Next, the transmission side
FIG. 25 is a cross-sectional view of the transmission side
図25において、送信側光変換部411Aは、電気配線基板91上に伝送信号処理部2からの信号を受けるドライバIC92と、電気信号を光信号に変換して送り込む面発光レーザを備えた光変調デバイスアレイ(以下、光変調デバイという)93と、光変調デバイス93からの光信号を前記電気配線基板91の裏側に伝播する光スルーホール94と、送信側光結合回路411の全体をボード10に固定するために電気配線基板91に設けられた勘合穴91Aと、前記ドライバIC92と光変調デバイス93とを覆い且つドライバIC92の放熱を兼ねる放熱カバー95とを含んで構成されている。
In FIG. 25, the transmission side
この場合、光変調デバイス93と光スルーホール94はバットジョイント構成となっている。また、この光変調デバイス93としては、光スルーホール94に高効率に結合する上で面発光レーザが望ましい。光路を90度に変換する構造を光変調デバイス93自体に付加すれば端面発光レーザでもよい。CW光源と外部変調器の組み合わせでもよい。
また、光スルーホール94については、コアとクラッドから構成される光導波路である。この光スルーホール94はクラッドがなくコアの周りを金属の反射膜で覆った構成でもよい。この場合、コアは材料が充填されていない中空でもよい。
In this case, the light modulation device 93 and the light through
The optical through
送信側光結合部411Bは、図26に示すように光信号を案内する導波路12(121 ,122 ,123 ,124 )の他方の端部(図25,図26の各左端部)に対向して配設され且つ当該各導波路121 〜124 に向けて光信号の伝搬を案内する45度多重反射ミラー14と、この45度多重反射ミラー14の図25における右側面に対向して装備された前記各光導波路121 〜124 の対向面(光入射用端面)に形成されたレンズ部12cとを含んで構成されている。
As shown in FIG. 26, the transmission-side
ここで、この図26に示すボード10上の三次元座標は、以後の説明において成される座標位置関係に全て適用されるものとする。
又、各光導波路121 〜124 の全体を指標する場合は、符号12をもって光導波路とする。本第4実施形態では光導波路については4本使用した場合を例示しているが、本数は問わない。他の実施形態においても同様である。
Here, it is assumed that the three-dimensional coordinates on the
Further, when the whole of each of the
次に、上記光導波路121 については、コア層12aが屈折率の異なる透明部材からなるクラッド部12bに取り囲まれて導波路121 が特定され当該クラッド部12bと一体的に形成されている。他の導波路についても同様である。
そして、この各導波路と後述するレンズ部12cとにより導波路アレイ12が構成されている。
Next, the
And each waveguide and the
各導波路121 〜124 の各他端部(図26の右端部)には、45度多重反射ミラー14との対向面部分に、当該45度多重反射ミラー14から送り出される(後述する受信側光モジュール1B側では「送り込まれる」)光信号の拡散を抑制する前述した光レンズ部12cが、それぞれ設置されている。そして、この各光レンズ部12cは、前述した各光導波路121 〜124 に、それぞれ一体化されて構成されている。
Each other end of each of the
送信側光変換部411Aが備えている光変調デバイス93の複数の面発光レーザに対応して設けられた前記光スルーホール94は、上述したように、45度多重反射ミラー14の前記各導波路121 〜123 と光学的に導通した面の反対側の端面(図26では上端面)に設置される。
そして、前述した光スルーホール94と各導波路121 〜124 は、上記45度多重反射ミラー14が備えている複数の光信号伝送多重層(金属薄膜に挟まれた層) の内の少なくとも一つの層に対応させて、配設されている。
As described above, the optical through
The optical through
光スルーホール94からの光信号は、上述した45度多重反射ミラー14のミラーの間に光を閉じ込める効果と導波路端のレンズ12cにより、その拡散が有効に抑制される。 本第4実施形態では光導波路12の端面に半円柱状レンズ12cがあるのでX軸方向(対向面に沿った方向)に広がった光は集光が可能である。Y軸方向には集光の機能がない。しかし、本第4実施形態では45度多重反射ミラー14のおかげでY軸方向には光は広がらない。その結果、光信号の伝搬途上における損失が有効に抑制されている。
The diffusion of the optical signal from the optical through
<光・電気連係ソケット部>
この光・電気連係ソケット部96は、上述した送信側光結合回路411に組み込まれ、当該送信側光結合回路411をボード10上に固定するためのソケットとしての役割を備えている。図27にこれを示す。
<Optical / electrical connection socket>
The optical / electrical
この図27は、図25の矢印IVーIVに沿った一部省略した概略断面図である。
この場合、光・電気連係ソケット部96は、マザーボード(若しくはドーターボード)10上に配置された弾性を有する45度多重反射ミラー14を内側に配して且つ送信側光結合回路411全体をボード10に押し当てて固定するロック機構96Aと、送信側光結合回路411全体の位置を決めるピン96Bを含んで構成されている。
FIG. 27 is a schematic cross-sectional view, with parts omitted, taken along arrows IV-IV in FIG.
In this case, the optical / electrical
ここで、45度多重反射ミラー(異方導電性シート)14は、本第4実施形態にあっては、直方体の異方性導電シートとしても機能する。
その断面内には45度方向に金属からなる反射ミラー膜14bがほぼ等間隔に複数設けられ、この反射ミラー膜14b相互間には光信号に対して透明かつ絶縁性で弾性のあるゴムまたは樹脂が重点された状態に組み込まれ、これによって複数の光信号伝送多重層14aが形成されている。
Here, in the fourth embodiment, the 45-degree multiple reflection mirror (anisotropic conductive sheet) 14 also functions as a rectangular parallelepiped anisotropic conductive sheet.
In the cross section, a plurality of
一方、異方導電性シート14内で反射ミラー膜14aはボード表面と送信側光変換部411Aの裏面をつなぐ電気配線を兼ねる。そして、電気配線を兼ねるため、反射ミラーは図26や図27に示すようにボード10に水平な面内で電気的に分離されるように、縞状に形成される。
On the other hand, in the anisotropic
送信側光変換部411Aの裏面には、等間隔に配置されたBGA電極98が露出している。この送信側光変換部411Aの内部で、光変調デバイス93が備えている面発光レーザアレイは、電気配線基板91上でドライバIC92と接続されており、ドライバIC92に対する電源線や信号線が電気配線基板91の裏面側のBGA電極98に接続している。ボード10上にもBGA電極98と同じ配置で電極98aが形成されており、これにより異方性導電シート14を介して送信側光結合回路411とボード10上の電極とが接続される。
ここで、光スルーホール94の間隔とBGA電極98の間隔は異なってもよいが、そろえることが望ましい。これにより異方性導電シート14の構造が簡単化される。
送信側光結合回路411を配置する位置を固定するために、前述したようにボード10上に位置決めピン96Bを配置する。光スルーホール94の位置に対して勘合穴91aのある位置の相対情報をもとに、ボード10上にピン96Bを配置すればよい。
Here, the interval between the optical through
In order to fix the position where the transmission side
位置決めピン96Bの位置は送信側光結合回路411の勘合穴91aと光スルーホール94の位置関係から決定される。位置あわせにおいて、BGA電極98やボード10上の電極のサイズは直径が0.4〔mm〕程度と大きく、光スルーホール94や光導波路12のコアサイズは数10〔μm〕と小さいからである。
The position of the
逆に言えば、電気接続の余裕度は高い。例えば、異方性導電シート14の厚みばらつきや導波路コア中心の高さが変化すると、送信側光結合回路411のBGA電極98と対応するボード10上の電極98aの位置関係が変化する。しかしBGA電極98やボード10上の電極98aのサイズは直径が0.4〔mm〕程度と大きいので、異方性導電シートの厚みが±0.2〔mm〕程度のばらつきがあっても、導電性を十分確保できる。
Conversely, the margin of electrical connection is high. For example, when the thickness variation of the anisotropic
送信側光結合回路411を上から押さえつけるロック機構96Aの下部には、異方性導電シート14の厚みよりも薄いスペーサ96aが配置されることが望ましい。これにより、送信側光結合回路411の底面はこれに当たって止まるため、これ以上に異方性導電シート14がつぶれて壊れることはない。
It is desirable that a
ここで、上述した光・電気連係ソケット部96を含む送信側光結合回路(一方の光結合回路)401の各構成要素について詳述する。
Here, each component of the transmission side optical coupling circuit (one optical coupling circuit) 401 including the optical / electrical
(異方性導電シート)
前述した45度多重反射ミラー(兼異方性導電シート)14は、前述した第1実施形態の場合と同様に、交互に積層された光信号伝送多重層(透明で絶縁性および弾性のある樹脂またはゴム)14aと、反射ミラー膜(金属薄膜)14bとからなる。
(Anisotropic conductive sheet)
The 45-degree multi-reflection mirror (also an anisotropic conductive sheet) 14 described above is an optical signal transmission multi-layer (transparent, insulating and elastic resin) that is alternately laminated, as in the first embodiment. (Or rubber) 14a and reflecting mirror film (metal thin film) 14b.
図28を用いてこの異方性導電シートの製造手順を説明する。
異方性導電シート14は、透明で絶縁性および弾性のある樹脂またはゴムからなる信号伝送多重層と金属薄膜の多層構造を作製した後、ダイシングにより作製される。
まず、図28(a)のように信号伝送多重層14aを形成する。Siやガラスなどの基板上にスパッタ,CVD,PCVD,インクジェット印刷, 又はスピンコートなどで製膜することができる。
The manufacturing procedure of this anisotropic conductive sheet will be described with reference to FIG.
The anisotropic
First, the signal transmission
次に、図28(b)のように反射ミラー膜を成す金属薄膜14bを、金属マスク35を用いて縞状に製膜する。製膜方法には、スパッタ,真空蒸着,E-gun ,インクジェット印刷, 又はメッキなどによる手法が用いられる。
金属マスクは金属板に部分的に穴を開けた構造になっており、これをゴムの表面に押し当てて製膜することで、金属薄膜を縞状に形成することができる。
Next, as shown in FIG. 28B, the metal
The metal mask has a structure in which a hole is partially formed in a metal plate, and the metal thin film can be formed in a stripe shape by forming a film by pressing it against the surface of rubber.
続いて、図28(c)のようにスピンコートでゴム層を塗布し、硬化させたのち、金属マスクを用いて金属薄膜を形成することを繰り返すことで:多層構造を形成する。
最後に点線でしめすように45度に長方体形状で切り出すことで図28(d)のように異方性導電シートを作製することができる。
ここでは、金属マスクを使用したが縞状パターンの形成にはフォトリソグラフィーとリフトオフプロセスなどを用いて形成してもよい。
Subsequently, as shown in FIG. 28C, a rubber layer is applied by spin coating and cured, and then a metal thin film is formed using a metal mask: a multilayer structure is formed.
Finally, an anisotropic conductive sheet can be produced as shown in FIG. 28 (d) by cutting out in a rectangular parallelepiped shape at 45 degrees as shown by a dotted line.
Although a metal mask is used here, the stripe pattern may be formed using photolithography and a lift-off process.
光信号伝送多重層14aの素材としては、スチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、エチレンプロピレンゴム、ブチルゴム、クロロプレンゴム、アクリロニトリル- ブタジエンゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム、フッソゴム、多硫化ゴム、ポリエーテルゴム、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルスルホン、シクロオレフィンポリマー、ポリイミド、ガラス・エポキシ樹脂、アラミド・フィルム、液晶ポリマなどある。
As the material of the optical
一方、反射ミラー膜(金属薄膜)14bの素材である薄膜としては、Ti,Pt,Au,Ni
,Cu,Ag,Snなど、及びこれらの組み合わせにより構成される。これらの素材については、使用する光の波長帯や材料との密着性を考慮して選択される。
信号伝送多重層の形成には、プリフォーム法を用いた熱延伸などの製膜方法がある。その場合、弾性のある樹脂のシートを作製した後に金属薄膜を印刷し、シート同士を張り合わせるなどの方法を採用してもよい。
On the other hand, as a thin film which is a material of the reflective mirror film (metal thin film) 14b, Ti, Pt, Au, Ni
, Cu, Ag, Sn, etc., and combinations thereof. These materials are selected in consideration of the wavelength band of light to be used and the adhesion with the material.
For forming the signal transmission multilayer, there is a film forming method such as thermal stretching using a preform method. In that case, after producing a sheet of elastic resin, a method of printing a metal thin film and bonding the sheets together may be employed.
金属薄膜は、光を通す領域では厚みは0.1〔μm〕以上で0.3〔μm 〕以下の範囲にあることが望ましい。薄くなると反射率が下がり、厚くなるとその厚みで信号伝送多重層に入る前に光を反射してしまうためである。電気を通す領域では10〔μm 〕以上であることが望ましい。薄すぎると接触抵抗や導通時の抵抗が大きくなるためである。 The metal thin film preferably has a thickness in the range of 0.1 [μm] to 0.3 [μm] in the region where light passes. This is because when the thickness is reduced, the reflectance is lowered, and when the thickness is increased, the thickness reflects the light before entering the signal transmission multiple layer. It is desirable that it is 10 [μm] or more in the region where electricity is conducted. This is because if it is too thin, contact resistance and resistance during conduction increase.
(光導波路について)
導波路(ポリマー導波路)121 〜124 部分は、まず下地となるクラッド層12bを導波路を形成する領域のみにフォトリソグラフィーとドライエッチングで形成し、当該各導波路121 〜124 を構成する素材部分であるコア層12aを同様に形成し、その後に、各導波路121 〜124 の周囲を構成するクラッド層12bで埋め込むようにフォトリソグラフィーとドライエッチングで形成される。
(About optical waveguide)
In the waveguide (polymer waveguide) 12 1 to 12 4 portions, first, a
この場合、上記各光レンズ部12cは、本第4実施形態では半円柱状に形成されている。この各光レンズ部12cは、フォトリソグラフィーとドライエッチングにより各導波路121 〜124 に端部を円弧に加工することで得られる。
In this case, each of the
ドライエッチング用のマスクとしては、まず金属薄膜を形成し、レジストマスクで金属薄膜をエッチング加工し、このパターニングされた金属薄膜をマスクにしてドライエッチングを行なうようにしてもよい。又、この場合の金属薄膜は、ポリイミドの加工の目的のほかに、電気部品を実装する際の電気の配線パターンや光部品を実装するためのマーカーとして用いることも可能である。また、感光性のポリイミドなどを用いて、導波路パターンや円柱状レンズを直接形成してもよい。 As a mask for dry etching, first, a metal thin film may be formed, the metal thin film may be etched using a resist mask, and dry etching may be performed using the patterned metal thin film as a mask. In addition, the metal thin film in this case can be used as a marker for mounting an electrical wiring pattern or an optical component when mounting an electrical component, in addition to the purpose of processing polyimide. Alternatively, a waveguide pattern or a cylindrical lens may be directly formed using photosensitive polyimide or the like.
(送信側の光・電気連係ソケット部の構築)
前述した光・電気連係ソケット部96の製造工程では、光導波路121 〜124 に対して、本第4実施形態ににかかる異方性導電シート(45度多重反射ミラー)14と、モジュール位置合わせ用のピン96Bを搭載する。
(Construction of optical / electrical connection socket on transmission side)
In the manufacturing process of the optical and
異方性導電シート14と位置合わせ用のピン96Bの配置位置は、ボード10上の光導波路12と光スルーホール94との位置関係、送信側光結合回路411のBGA電極98aと対応するボード10上の電極の位置関係を決める上でパラメータとなる。異方性導電シート14と位置合わせ用のピン96Bのどちらを先に搭載してもよいが、ハンドリングしやすいものを後から搭載することが望ましい。
The positions of the anisotropic
位置決めピン96Bを先に搭載する場合には次のようになる。
位置決めピン96Bは光導波路12のX軸方向の位置情報を元に搭載する。位置決めピン96Bを搭載すると光スルーホール94のX−Y平面上の位置が決定する。
異方性導電シート14の高さ情報と導波路121 〜124 のコア位置の表面位置からの差分情報を参考に、異方性導電シート14の(即ち、Z軸方向)の制御を行うことで、光スルーホール94と光導波路12の結合を最大化できる。
When the
The
Performing differential information from the surface position of the core position of the height and the
異方性導電シート14を先に搭載する場合には次のようになる。
異方性導電シート14は光導波路のX軸方向の位置情報を元に搭載する。異方性導電シート14を搭載すると、異方性導電シート14の高さ情報と導波路121 〜124 のコア位置の表面位置からの差分情報から、光スルーホール94のX−Z平面上の位置がきまる。この情報をもとに位置決めピン96Bの(即ち、X軸およびZ軸方向)の制御を行うことで、光導波路12と光スルーホール94の結合を最大化できる。
When the anisotropic
The anisotropic
面発光レーザ(VCSEL)を含む光変調デバイス93と導波路121 〜123 との間で高効率の結合を実現するには、光スルーホール94や光導波路12の開口数NA(Numerical Aperture )を調整する必要がある。
光のスポットサイズが小さくても光スルーホール94や導波路121 〜123 の内部に入った光のコア/クラッドの反射角が全反射角よりも小さいと、コア層内の光がクラッド層側に抜けてしまい、光が伝播しないためである。
In order to realize high-efficiency coupling between the light modulation device 93 including a surface emitting laser (VCSEL) and the
Even if the spot size of the light is small, if the reflection angle of the core / cladding light entering the optical through-
導波路121 〜123 のX軸方向に関しては半円柱状レンズでNAを調整することができるが、導波路121 〜123 のY軸方向にはNAの調整機構はない。その場合は、コアの屈折率をクラッドの屈折率を大きくとる必要がある。
これにより、光スルーホール94や導波路121 〜123 のNAをレーザ光の放射角に対して大きくことができる。例えば屈折率1.5付近のポリマー導波路では、コア層とクラッド層の間の屈折率差は2〔%〕以上とするとよい。又、光スルーホールが導波路と同じようにコアとクラッドから構成される場合も光スルーホールのコアとクラッドの屈折率差を2〔%〕以上とすることが望ましい。
With respect to the X-axis direction of the
Thereby, the NA of the optical through
<受信側光結合回路413>
次に、図29乃至図30に基づいて受信側光結合回路413について説明する。
受信側光結合回路413は、前述したように受信側光変換部413Aと受信側光結合部413Bとにより構成されている。
<Reception Side
Next, the receiving side
As described above, the reception-side
図29に受信側光結合回路413の断面図を示す。又、図30には、受信側光結合部413Bの説明図を示す。
FIG. 29 is a cross-sectional view of the receiving side
まず、図29において、受信側光結合回路413の受信側光変換部413Aは、電気配線基板101上に、光電変換素子としてのホトダイオードアレイ(以下、ホトダイオードという)26と、この各ホトダイオード26から出力される電流信号を増幅して外部へ送り出すレシーバIC(トランスインピーダンスアンプ)102と、ホトダイオード26の光を導く光スルーホール104、光アセンブリ固定用の勘合穴105、レシーバIC102とホトダイオード26を覆い且つトランスインピーダンスアンプの放熱を兼ねる放熱カバー105とを備えている。
First, in FIG. 29, the receiving side
この内、ホトダイオード26は、電気配線基板101上でレシーバIC(トランスインピーダンスアンプ)102と接続されており、レシーバIC102に対する電源線や信号線が電気配線基板101の裏面側に等間隔に配置されたBGA電極108として露出している。
Among these, the
光スルーホール104はコアとクラッドから構成される光導波路である。光スルーホール104はコアの周りを金属の反射膜で覆った構成でもよい。この場合、コアは材料が充填されていない中空でもよい。ホトダイオード26と光スルーホール104とはバットジョイント構成となっている。
The optical through
受信側光結合部413Bは、光導波路12(121 〜123 )を介して送り込まれる光信号を、受信側光変換部413Aの光スルーホール104に結合する。この光スルーホール104を通った光信号はホトダイオード26と結合し、電流信号に変換して出力される。そして、この変換された電流信号はレシーバIC102で電圧信号に変換され、前述した発信信号処理部3を介して外部へ出力されるようになっている。
The reception side
この受信側光結合部413Bは、図29乃至図30に示すように、光信号を案内する光導波路12(121 ,122 ,123 ,124 )の他方の端部(図29の右端部)に対向して配設され当該各導波路121 〜124 とは異なった方向への光信号を案内する45度多重反射ミラー14と、光導波路12(121 ,122 ,123 ,124 )の前記他方の端部(図29の右端部)に設けられたレンズ部12cとのより構成されている。
As shown in FIGS. 29 to 30, the receiving-side
この内、45度多重反射ミラー14は、前記各光導波路121 〜124 からの光信号を、上述したように受信側光変換部413Aの光スルーホール104に結合する。
本第4実施形態では、光導波路12の端面に半円柱状のレンズ12cがあるのでX軸方向に広がった光は集光が可能である。光導波路121 〜123 のY軸方向には集光の機能がない。しかし、本第4実施形態では45度多重反射ミラー14のおかげでY軸方向には光は広がらない。その結果、光信号の伝搬途上における損失が有効に抑制されている。
Among them, the 45-
In the fourth embodiment, since there is a
<受信側の光・電気連係ソケット部>
この受信側の光・電気連係ソケット部は、前述した送信側の光・電気連係ソケット部96と同等に形成され、上述した受信側光変換部413Aに組み込まれて、受信側光結合回路413の全体をボード10上に固定するためのソケットとしての役割を備えている。
<Optical / electrical connection socket on the receiving side>
The reception-side optical / electrical connection socket unit is formed in the same manner as the transmission-side optical / electrical
図29を用いて、この受信側の光・電気連係ソケット部について説明する。
この場合、光電気統合ソケットは、マザーボード(もしくはドーターボード)10上に配置された弾性を有する異方性導電シート(45度多重反射ミラー)14を内側に配して且つ受信側光結合回路413全体ををボード10に押し当てて固定するロック機構(図示せず/送信側のロック機構に同じ)と、受信側光結合回路413全体の位置を決めるピン107とを含んで構成されている。
The receiving-side optical / electrical connection socket section will be described with reference to FIG.
In this case, the opto-electric integrated socket is provided with an elastic anisotropic conductive sheet (45 degree multiple reflection mirror) 14 disposed on the mother board (or daughter board) 10 on the inner side and the receiving side
異方性導電シート(45度多重反射ミラー)14は、その断面内に、45度方向に金属からなる反射ミラー膜14bがほぼ等間隔に複数設けられ、この反射ミラー膜14b相互間には光信号に対して透明かつ絶縁性で弾性のあるゴム又は樹脂が重点された状態に組み込まれ、これによって複数の光信号伝送多重層が形成されている。一方、異方導電性シート内で反射ミラー膜はボード表面と光アセンブリ裏面をつなぐ電気配線を兼ねる。
The anisotropic conductive sheet (45-degree multiple reflection mirror) 14 has a plurality of
受信側光変換部413Aの裏面には、等間隔に配置されたBGA電極108が露出している。又、受信側光変換部413Aの内部にあって、ホトダイオードアレイ26は、電気配線基板101上でレシーバIC102と接続されており、レシーバIC102に対する電源線や信号線が電気配線基板101の裏面側のBGA電極108に接続している。
ボード10上にもBGA電極108と同じ配置で電極108aが形成されており、これにより、異方性導電シート(45度多重反射ミラー)14を介して送信側光変換部413Aとボード10上の電極とが接続される。
An electrode 108 a is also formed on the
前述した送信側と同じく、受信側光結合回路413全体を配置する位置を固定するために、ボード10上に、位置決めピン107を配置する。光スルーホール104位置に対して勘合穴のある位置の相対情報をもとに、ボード10上に位置決めピン107を配置すればよい。
又、この受信側光結合回路413の製造工程でも、送信側と同じく、光導波路121 〜124 に対して本実施形態にかかる異方性導電シート14と、モジュール位置合わせ用の位置決めピン107を搭載する。
As with the transmission side described above, positioning pins 107 are arranged on the
Also in the manufacturing process of the reception side
異方性導電シート(45度多重反射ミラー)14と位置決めピン107の配置位置は、ボード10上の光導波路12と光スルーホール104の位置、送信側光変換部413AのBGA電極108と対応するボード10上の電極の位置を決める上でパラメータとなる。どちらを先に搭載してもよい。
The arrangement positions of the anisotropic conductive sheet (45-degree multiple reflection mirror) 14 and the positioning pins 107 correspond to the positions of the
位置決めピン107を先に搭載する場合には次のようになる。
この場合、位置決めピン107は光導波路12のX軸方向の位置情報を元に搭載する。そして、位置決めピン107を搭載すると光スルーホール104のX−Y平面上の位置が決定する。
When the
In this case, the
異方性導電シート(45度多重反射ミラー)14の高さ情報と導波路121 〜124 のコア位置の表面位置からの差分情報を参考に、異方性導電シート14の(即ち、Z 軸方向)の制御を行うことで、光スルーホール104と光導波路の結合を最大化できる。
Difference information from the surface position of the core position of the anisotropic conductive sheet (45 ° multiple reflection mirror) 14 of the height and the
異方性導電シート14を先に搭載する場合には次のようになる。異方性導電シート14は光導波路12のX軸方向の位置情報を元に搭載する。異方性導電シート14を搭載すると異方性導電シート14の高さ情報と光導波路121 〜123 のコア位置の表面位置からの差分情報から、光スルーホール104のX−Y平面上の位置がきまる。この情報をもとに位置決めピン107(即ち、X−Y軸方向)の制御を行うことで光導波路12と光スルーホール104の結合を最大化できる。
When the anisotropic
導波路121 〜124 と各ホトダイオード26の間の高効率結合を実現するには、各ホトダイオード26の吸収層の直径に比べて導波路121 〜124 のY方向のコア層の厚みが薄く、各ホトダイオード26の吸収層の直径に比べて45度多重反射ミラーに薄く閉じ込められていることが望ましい。
<全体の動作>
次に、上記第4実施形態における全体的な動作について説明する。
まず、図25において、外部から所定の送信信号が設定入力されると、伝送信号処理部2がこれを取り込んで信号処理し伝送信号として出力する。
<Overall operation>
Next, the overall operation in the fourth embodiment will be described.
First, in FIG. 25, when a predetermined transmission signal is set and inputted from the outside, the transmission
この伝送信号処理部2から出力された伝送信号は、送信側光変換部411Aで電気信号から光信号に変換され、45度多重反射ミラー14を含む送信側光結合部411Bおよび光導波路12を介して伝播し、受信側光結合回路413で再び電気信号に変換されて前述した発信信号処理部3へ送り込まれる。
The transmission signal output from the transmission
ここで、送信側光変換部411A内では、面発光レーザ(VCSEL)を含む光変調デバイス93から出力された光は光スルーホール94を通って送信側光結合部411B側の45度多重反射ミラー14に届く。45度多重反射ミラー14においてミラー14bとミラー14bの間に閉じ込められ、Y軸方向に関して空間的に広がるのを抑制されたまま、光導波路121 〜124 に送り込まれる。
光信号はX軸方向に広がるが、光導波路12に形成された各光レンズ部12cで個別に集光されて対応する各導波路121 〜123 へ確実に伝送される。
Here, in the transmission side
The optical signal spreads in the X-axis direction, but is individually collected by each
次に、導波路121 〜123 を介して伝送された光信号は、受信側光結合部413Bを介して受信側光変換部413Aへ送り込まれ、当該受信側光変換部413Aの一部を成す光スルーホール104を通って、ホトダイオード(光電変換素子)26で個別に光電変換され(即ち、受信側の45度多重反射ミラー14及び電気配線回路を介して個別に電気信号に変換されて)、前述した発信信号処理部3へ送り込まれる。
Next, the optical signal transmitted through the
この場合、光導波路121 〜124 を介して送り込まれた光信号は、光導波路12の出力端でX軸方向に関して集光され、45度多重反射ミラー14におけるミラー14bとミラー14bの間に閉じ込められ、空間的に広がるのを抑制されたままホトダイオード(光電変換素子)26に到達し、このホトダイオード26によって個別に電気信号に変換されて前述したように発信信号処理部3へ送り込まれる。
In this case, the optical signals sent through the
ここで、前述した送信側光変換部411A内では、ドライバIC92を配置したが、ドライバIC92は伝送信号処理部2と共にボード10上に配置してもよい。同じく、受信側光変換部413A内では、内部にレシーバIC102を配置したが、レシーバIC102は発信信号処理部3と共にボード10上に配置してもよい。
Here, the
即ち、ドライバIC92からの電気信号が異方性導電シート(45度多重反射ミラー)14を介して光変調デバイス93に伝播され、電気光変換が行われる。
又、光導波路121 〜124 を介して送り込まれた光信号は前述したように異方性導電シート(45度多重反射ミラー)14を介してホトダイオード26へ送り込まれ、このホトダイオード26で光電気変換されてレシーバIC102伝播される。
That is, an electric signal from the
Further, the optical signal sent through the
一般に、光モジュール400の寿命は光IC(ドライバIC92、レシーバIC102)よりも光素子(光変調デバイス93、ホトダイオード26)の寿命で決まってしまうので、交換部品である光モジュール400から光ICを取り除くことで、光モジュール400の交換コストを削減することができる。
In general, the lifetime of the
ここで、前述した45度多重反射ミラー14については、その作用は前述した第1実施形態における45度多重反射ミラー14と同一である。
Here, the operation of the 45-degree
更に、45度多重反射ミラー14の配置位置は、ビジュアルアライメントを用いて部材のエッジや縞状の金属薄膜位置を参照し、Z軸方向およびX軸方向の制御が可能である。 この場合、固定には、接着剤を用いることができる。接着剤にも厚みがあるので接着固定する場所にはボード側もしくは異方性導電シート側に接着剤を流しいれる溝があることが望ましい。これにより接着固定後、接着材が溝部分で縮小することで部材の高さをボード面に対して部材厚みと一致させることができる。
Furthermore, the arrangement position of the 45-degree
又、本第4実施形態にあっては、光導波路121 〜124 にモノリシックに付された半円柱状レンズ12cはフォトリソグラフィーで作製できるため、量産に向いており、低コストに作製できる。又、半円柱状レンズを装備することで光の放射角が変換される。これにより、導波路121 〜124 もしくは45度多重反射ミラー14に形成された半円柱状レンズ12cは光軸と垂直な面内の1軸に関して放射角を変換する。
In the fourth embodiment, since the
更に、本第4実施形態では45度多重反射ミラー14の形状が直方体としたことにより、光路変換後の光の出射位置と入射位置の関係をどちらか一方の情報から予想できる。
Furthermore, in the fourth embodiment, since the 45-
<第4実施形態の効果>
本第4実施形態にあっては、上述したように構成され機能するので、これによると、前述した第1実施形態の場合と同一の作用効果を有するほか、更に、45度多重反射ミラー14は異方導電性シート兼ねるので部品点数が大幅に少なくなり、低コストの部品を組み合わせた構成および実装が可能となり、これがため交換コストも含めて装置全体を安価に得ることができるという生産性良好な優れた光結合回路及びこれを用いた信号送信用および受信用光モジュールを提供することができる。
<Effects of Fourth Embodiment>
In the fourth embodiment, since it is configured and functions as described above, according to this, in addition to having the same operational effects as in the case of the first embodiment described above, the 45-degree
具体的には、上記第4実施形態では、45度多重反射ミラー(異方性導電性シート)14は、送信側光変換部411Aおよび受信側光変換部413Aに対して光信号をやり取りするための光回路の一部であると同時に、ボード10と送信側光結合部411Bおよび受信側光結合部413Bとの間の電気伝送を行うことができ、一石二鳥であるため低コストな光モジュールを提供することができる。
Specifically, in the fourth embodiment, the 45-degree multiple reflection mirror (anisotropic conductive sheet) 14 exchanges optical signals with the transmission side
更に、45度多重反射ミラー(異方性導電性シート)14は弾性を有する異方性導電シートである。金属薄膜14bはシート14aに対して45度の角度をもって配置されているため、シートの弾性を高く保持することができる。これにより光モジュール基板に反りがある場合にもシートの伸縮量が大きくとれるので、トレランスの高い電気接触を確保できる。
Further, the 45 ° multiple reflection mirror (anisotropic conductive sheet) 14 is an anisotropic conductive sheet having elasticity. Since the metal
また、以下の二つの構造とその効果により面発光レーザからホトダイオードまでの間で量産性に優れ、低コストで高い結合効率を実現できる。
第1の構造として45度多重反射ミラー14は光スルーホールと光導波路との間に配置される。通常の45度ミラーに比べて多重反射ミラーの間に光を閉じ込めることができるために、ボード10に対して直交方向に光が広がることを防ぐことができる。
In addition, the following two structures and the effects thereof are excellent in mass productivity between the surface emitting laser and the photodiode, and high coupling efficiency can be realized at low cost.
As a first structure, the 45 °
第2の構造は光導波路12に一体形成されたレンズ構造である。光導波路はマザーボードもしくはドーターボード上に量産性に優れるフォトリソグラフィー技術で作製することができる。同じくフォトリソグラフィー技術を用いてボードと平行な面内に作製したレンズ部を装備するという構成を採用したので、ボードに対して水平方向の光の広がりも抑制できる。
The second structure is a lens structure integrally formed with the
光スルーホールのボードに対する位置の調整は必要だが、予めボード10に位置あわせ用のピンを配置して、ピンに対して光モジュール用の勘合穴を合わせることで、光モジュール400の交換が可能となる。
Although it is necessary to adjust the position of the optical through hole with respect to the board, it is possible to replace the
光スルーホールの位置は光導波路の高さと45度多重反射ミラーの配置で決まり、これにあわせて固定用のピンと勘合穴を配置することで高効率な結合が実現できる。
以上により、結合効率を劣化させることなく量産に適した製造方法で部品点数を削減が可能となり、安価なソケット構造が実現できた。
その結果、導入コストと交換コストを削減かのうな光インターコネクションを提供することができる。
<実施例>
The position of the optical through hole is determined by the height of the optical waveguide and the arrangement of the 45-degree multiple reflection mirror, and a highly efficient coupling can be realized by arranging a fixing pin and a fitting hole in accordance with this.
As described above, the number of parts can be reduced by a manufacturing method suitable for mass production without deteriorating the coupling efficiency, and an inexpensive socket structure can be realized.
As a result, it is possible to provide an optical interconnection that can reduce the introduction cost and the exchange cost.
<Example>
ここで、上述した第4実施形態にかかる実施例を説明する。
具体的には、上記第4実施形態において開示した送信側光結合回路411を構成する送信側光変換部411Aと送信側光結合部411Bの具体例を説明する。
Here, the Example concerning 4th Embodiment mentioned above is described.
Specifically, a specific example of the transmission side
送信側光変換部411Aは、電気配線基板91上の面発光レーザを備えた光変調デバイス93と、ドライバIC92と、電気配線基板91に形成された光スルーホール94と、勘合穴91Aとから成る。電気配線基板91上で光変調デバイス93とドライバIC92が接続されており、ドライバIC92からの信号線や電源線、制御線、GND線が電気配線基板91の裏面側のBGA電極と接続されている。
The transmission-side
電気配線基板91のサイズは9〔mm〕×9〔mm〕であり、BGAは1〔mm〕ピッチで形成されている。直径1〔mm〕±5〔μm〕の勘合穴91Aが光スルーホール94との距離誤差±5〔μm〕で形成される。
光スルーホール94は直径30〔μm〕の金属の円形配管からなる。直径50〔μm〕の金属の埋め込みビア内部にドリルで再度直径30〔μm〕の穴をあけて形成される。
The size of the
The optical through
また、送信側光結合部411Bは、前記光スルーホール94と、異方性導電シートを兼ねる45度多重反射ミラー14と、ポリマー導波路12(121 ,122 ,123 ,……)の各光入力端に形成されたレンズ部12cとの組合せからなる。
The transmission-side
ここで、本実施例では、ポリマー導波路12はボード10上にアレイ状に作製し、アレイ間隔1000〔μm〕、アレイ数12〔ch〕、コアサイズ30〔μm〕とし、コアの屈折率は1.54、コアとクラッドの屈折率差は2〔%〕とした。コア上部のクラッド層の厚みは70〔μm〕、コア下部のクラッド層の厚みは100〔μm〕とした。
ボード10に別途形成した実装用マーカーを参考にポリマー導波路12は予め電気配線の形成されたボード10上にレンズ部12cと一緒に一括形成した。
屈折率のことなる二種類の感光性のポリイミドを光導波路のコア材料とクラッド材料に用いて、フォトリソグラフィーにより導波路と半円柱状レンズを形成した。
Here, in this embodiment, the
With reference to a mounting marker separately formed on the
A waveguide and a semi-cylindrical lens were formed by photolithography using two types of photosensitive polyimides having different refractive indexes as a core material and a cladding material of an optical waveguide.
前述した異方性導電シート(45度多重反射ミラー)14は、シリコンゴムシート上に金属マスクを用いたPtのスパッタ形成、シリコンゴムのスプレー製膜をくりかえした後、ダイシングで形成した。Ptの厚みは0.1〔μm〕でシリコンゴムの厚みを4.9〔μm〕とし、100周期形成したのち、Pt厚みは10〔μm〕、シリコンゴム厚みは50〔μm〕で15周期形成し、ダイシングで45度に切り出し、金属層が45度に形成された直方体(サイズ200〔μm〕×9000〔μm〕×9000〔μm〕)の45度多重反射ミラー14を作製した。Pt厚の薄い側を45度多重反射ミラーとして用いる。
実装用マーカーを参考にボードに直径1〔mm〕の穴を開けてモジュール固定用のピンと光アセンブリのロック機構を半田固定した。ピンと光アセンブリのロック機構はモールドを使って樹脂で作製した。
The anisotropic conductive sheet (45-degree multiple reflection mirror) 14 described above was formed by dicing after repeating the sputter formation of Pt using a metal mask on the silicon rubber sheet and the silicon rubber spray film formation. The Pt thickness is 0.1 [μm] and the silicon rubber thickness is 4.9 [μm]. After 100 cycles are formed, the Pt thickness is 10 [μm] and the silicon rubber thickness is 50 [μm] and 15 cycles are formed. Then, a 45 °
With reference to the mounting marker, a hole having a diameter of 1 mm was formed in the board, and the module fixing pin and the locking mechanism of the optical assembly were fixed by soldering. The pin and optical assembly locking mechanism was made of resin using a mold.
レーザ測長で導波路表面の高さと異方導電シート厚みを検出した後、異方性導電シート14はエッジを検出して平行出しを行い、マウントヘッドに真空吸着した。その後、異方性導電シート14をボードに配置し、モジュール固定ピンに対し、X方向およびZ方向の位置を制御し、接着固定した。
After detecting the height of the waveguide surface and the thickness of the anisotropic conductive sheet by laser length measurement, the anisotropic
異方性導電シート(45度多重反射ミラー)14の周りに送信側光結合回路411を上から押さえつけるロック機構95の下部には異方性導電シート14の厚みよりも薄いスペーサが配置されており、送信側光変換部411Aの底面はこれに当たって止まるため、これ以上に異方性導電シート(45度多重反射ミラー)14がつぶれることはない。
A spacer thinner than the thickness of the anisotropic
光モジュール400は勘合穴91Aにピン96Bを差し込む形でボード10に配置されX−Z方向を固定され、ボード10上のロック機構95でY軸方向を固定される。この際、光アセンブリの電気配線基板91の底面のBGAの電極端子とボード10上の電極が異方性導電シート(45度多重反射ミラー)14の金属を介して接続される。
The
光変調デバイス93の面発光レーザ(VCSEL)から出力された光は、光スルーホール94を通って、異方性導電シートに形成された45度ミラーに到達する。45度多重反射ミラー14にY軸方向に関して、ミラー膜とミラー膜の間に閉じ込められ、空間的に広がるのを抑制されたまま、光導波路12まで到達する。
一方、X軸方向に関して光は閉じ込められていないので、面発光レーザの出射点から導波路入り口にかけて広がるが、半円柱状レンズを介して有効に集光される。
これにより、面発光レーザ(VCSEL)と導波路の間は全チャンネルにおいて1〔dB〕以下の結合損失を低コストで実現できた。
The light output from the surface emitting laser (VCSEL) of the light modulation device 93 passes through the light through
On the other hand, since light is not confined in the X-axis direction, it spreads from the exit point of the surface emitting laser to the waveguide entrance, but is effectively condensed through the semi-cylindrical lens.
As a result, a coupling loss of 1 [dB] or less between all the channels between the surface emitting laser (VCSEL) and the waveguide can be realized at low cost.
ここでは、送信側光結合回路(送信側光アセンブリ/一方の光結合回路)411についての実装技術を示したが、実装方法については受信側光結合回路(受信側光アセンブリ/他方の光結合回路)413でも同様である。
又、ホトダイオード(PD)アレイの吸収層直径を50〔μm〕とすることで高効率のホトダイオード(PD)と導波路の結合が得られ、12〔ch〕で10〔Gbps〕のハイスループット動作が低コストで実現できることを確認することが出来た。
Here, the mounting technique for the transmission-side optical coupling circuit (transmission-side optical assembly / one optical coupling circuit) 411 has been described. However, the mounting method is described with respect to the reception-side optical coupling circuit (reception-side optical assembly / other optical coupling circuit). ) 413 is the same.
Also, by setting the absorption layer diameter of the photodiode (PD) array to 50 [μm], high-efficiency photodiode (PD) and waveguide coupling can be obtained, and high throughput operation of 10 [Gbps] can be achieved with 12 [ch]. It was confirmed that it could be realized at low cost.
上述した各実施形態については、その新規な技術内容の要点をまとめると、以下の付記のようになる。尚、この付記については、本発明の権利範囲を必ずしもこれに限定するものではない。
〔付記1〕(図2乃至図6参照)
基板上に配設され一方の端部にて入出力される光信号を他方の端部に向けて案内する導波路と、この導波路の他方の端部に対向して配設され当該導波路の設置面とは異なった方向への光信号の送受信を案内する45度多重反射ミラーと、この45度多重反射ミラーを介して前記導波路との間で光信号を連係して送受信し外部に対しては信号の授受を中継する信号伝達手段とを備え、
前記導波路の他方の端部を、前記45度多重反射ミラーが備えている複数の光信号伝送多重層の内の少なくとも一つの層に対応させて配設すると共に、
この導波路の前記45度多重反射ミラー側に、当該45度多重反射ミラーの光入出面に対向して前記光信号の広がりを抑制する光レンズ部を設けると共に、この光レンズ部を前記導波路と一体化したことを特徴とする光結合回路。
About each embodiment mentioned above, if the summary of the novel technical content is put together, it will become as the following additional remarks. Note that the scope of rights of the present invention is not necessarily limited to this supplementary note.
[Appendix 1] (See FIGS. 2 to 6)
A waveguide disposed on the substrate for guiding an optical signal input / output at one end toward the other end, and the waveguide disposed opposite the other end of the waveguide. A 45-degree multi-reflection mirror that guides transmission / reception of optical signals in a direction different from the installation surface of the optical fiber, and the optical signals are transmitted / received to / from the waveguide via the 45-degree multi-reflection mirror to the outside. And signal transmission means for relaying signal transmission and reception,
The other end of the waveguide is disposed so as to correspond to at least one of a plurality of optical signal transmission multiple layers provided in the 45-degree multiple reflection mirror, and
An optical lens portion for suppressing the spread of the optical signal is provided on the 45 ° multiple reflection mirror side of the waveguide so as to oppose the light input / output surface of the 45 ° multiple reflection mirror, and the optical lens portion is disposed on the waveguide. An optical coupling circuit characterized by being integrated with.
〔付記2〕
付記1に記載の光結合回路において、
45度多重反射ミラーが絶縁性で弾性を有するゴムや樹脂と交互に積層された金属薄膜により構成され、この異方性導電シートはとしても働くことを特徴とする光結合回路。
[Appendix 2]
In the optical coupling circuit according to
An optical coupling circuit characterized in that the 45-degree multi-reflection mirror is composed of metal thin films alternately laminated with insulating and elastic rubber or resin, and this anisotropic conductive sheet also functions as a mirror.
〔付記3〕(図7参照)
付記1に記載の光結合回路において、
前記光レンズ部を、前記一方の導波路と同一高さ寸法の半円柱状レンズとしたことを特徴とする光結合回路。
[Appendix 3] (See Figure 7)
In the optical coupling circuit according to
An optical coupling circuit, wherein the optical lens portion is a semi-cylindrical lens having the same height as the one waveguide.
〔付記4〕(図2乃至図6参照)
付記1に記載の光結合回路において、
前記光レンズ部を、前記導波路と同一高さ寸法の半円柱状レンズとすると共に、この半円柱状レンズは前記導波路の端部を半円柱状に形成して得られたものであることを特徴とする光結合回路。
[Appendix 4] (See FIGS. 2 to 6)
In the optical coupling circuit according to
The optical lens portion is a semi-cylindrical lens having the same height as the waveguide, and the semi-cylindrical lens is obtained by forming the end portion of the waveguide in a semi-cylindrical shape. An optical coupling circuit.
〔付記5〕(図7乃至図9参照)
付記1に記載の光結合回路において、
前記光レンズ部を、前記導波路と同一高さ寸法の半円柱状レンズとすると共に、この半円柱状レンズを、前記導波路の端部を含み且つ前記45度多重反射ミラーの光信号伝送多重層に沿って両側に設置されているクラッド層部分を覆う状態の拡張された円弧状レンズ面を備えた構成の半円柱状レンズとしたことを特徴とする光結合回路。
[Appendix 5] (See FIGS. 7 to 9)
In the optical coupling circuit according to
The optical lens portion is a semi-cylindrical lens having the same height as the waveguide, and the semi-cylindrical lens includes an end portion of the waveguide and the optical signal transmission multiple of the 45-degree multiple reflection mirror. An optical coupling circuit comprising a semi-cylindrical lens having an expanded arc-shaped lens surface in a state of covering a clad layer portion installed on both sides along a multilayer.
〔付記6〕(図9,図10参照)
付記4に記載の光結合回路において、
前記半円柱状レンズの円弧状レンズ面を、フレネルレンズ面としたことを特徴とする光結合回路。
[Appendix 6] (See FIGS. 9 and 10)
In the optical coupling circuit according to attachment 4,
An optical coupling circuit, wherein the arc-shaped lens surface of the semi-cylindrical lens is a Fresnel lens surface.
〔付記7〕(図7,図9,図10参照)
付記1乃至5の何れか一つに記載の光結合回路において、
前記光レンズ部を、前記導波路と同一屈折率の素材により一体的に構成したことを特徴とする光結合回路。
[Appendix 7] (See FIGS. 7, 9, and 10)
In the optical coupling circuit according to any one of
An optical coupling circuit, wherein the optical lens unit is integrally formed of a material having the same refractive index as that of the waveguide.
〔付記8〕(図8参照)
付記1乃至5の何れか一つに記載の光結合回路において、
前記光レンズ部を、前記導波路とは屈折率の異なった透明素材により前記導波路と一体的に構成したことを特徴とする光結合回路。
[Appendix 8] (See Figure 8)
In the optical coupling circuit according to any one of
An optical coupling circuit, wherein the optical lens portion is formed integrally with the waveguide by a transparent material having a refractive index different from that of the waveguide.
〔付記9〕(図10参照)
付記1に記載の光結合回路において、
前記光レンズ部を、前記導波路と同一高さ寸法の第1レンズ部と、この第1レンズ部と前記45度多重反射ミラーとの間に配設された第2レンズ部とを含む構成とし、
前記第1レンズ部を半円柱状レンズとすると共に、当該半円柱状レンズの前記45度多重反射ミラー側の面を、前記導波路の端部を含み且つ前記45度多重反射ミラーの光信号伝送多重層に沿って当該導波路側に位置するコア層を覆う状態の拡張された円弧状レンズ面とし、
前記第2レンズ部を、前記第1レンズ部に対向する側のレンズ面を円弧状レンズ面とすると共に前記45度多重反射ミラーの光信号伝送多重層に対向するレンズ面を平坦面としてなる半円柱状レンズとしたことを特徴とする光結合回路。
[Appendix 9] (See Figure 10)
In the optical coupling circuit according to
The optical lens unit includes a first lens unit having the same height as the waveguide, and a second lens unit disposed between the first lens unit and the 45-degree multiple reflection mirror. ,
The first lens portion is a semi-cylindrical lens, and the surface of the semi-cylindrical lens on the 45 ° multiple reflection mirror side includes the end of the waveguide and the optical signal transmission of the 45 ° multiple reflection mirror. An expanded arc-shaped lens surface covering the core layer located on the waveguide side along the multiple layers,
The second lens portion is a half surface in which the lens surface facing the first lens portion is an arc-shaped lens surface and the lens surface facing the optical signal transmission multiple layer of the 45 ° multiple reflection mirror is a flat surface. An optical coupling circuit characterized by being a cylindrical lens.
〔付記10〕(図10参照)
付記8に記載の光結合回路において、
前記第1レンズ部の円弧状レンズ面を、フレネルレンズ面としたことを特徴とする光結合回路。
[Appendix 10] (See Figure 10)
In the optical coupling circuit according to attachment 8,
An optical coupling circuit, wherein the arc-shaped lens surface of the first lens portion is a Fresnel lens surface.
〔付記11〕(図2,図3参照/単一/送信側光アッセンブリ)
付記1に記載の光結合回路において、
前記信号伝達手段を、前記45度多重反射ミラーの前記導波路とは反対側の端面に設置された面発光レーザと、この面発光レーザを駆動する電気信号を送り込む電気配線回路とを含む構成としたことを特徴とする光結合回路。
[Appendix 11] (See FIGS. 2 and 3 / Single / Transmitting Optical Assembly)
In the optical coupling circuit according to
A configuration in which the signal transmission means includes a surface-emitting laser installed on an end surface of the 45-degree multi-reflection mirror opposite to the waveguide, and an electric wiring circuit for sending an electric signal for driving the surface-emitting laser; An optical coupling circuit characterized by that.
〔付記12〕(図2,図3参照/複数/送信側光アッセンブリ)
付記1に記載の光結合回路において、
前記光レンズ部を備えた前記導波路を一定間隔で複数併設すると共に、この複数の前記各導波路に個別に対応して前記光信号を前記45度多重反射ミラーを介して送り込む前記信号伝達手段を複数設け、
この各信号伝達手段を、前記45度多重反射ミラーの前記導波路とは反対側の端面に設置された面発光レーザと、この面発光レーザ駆動用の電気信号を送り込む電気配線回路とを含む構成としたことを特徴とする光結合回路。
[Appendix 12] (Refer to FIG. 2 and FIG. 3 / Plural / Transmission side optical assembly)
In the optical coupling circuit according to
The signal transmission means for providing a plurality of the waveguides provided with the optical lens portion at regular intervals and sending the optical signal through the 45-degree multiple reflection mirror individually corresponding to each of the plurality of the waveguides Multiple
Each signal transmission means includes a surface emitting laser installed on an end surface of the 45-degree multiple reflection mirror opposite to the waveguide, and an electric wiring circuit for sending an electric signal for driving the surface emitting laser. An optical coupling circuit characterized by that.
〔付記13〕(図22参照/二層/送信側光アッセンブリ)
付記10に記載の光結合回路において、
前記光レンズ部を備えた前記導波路を、所定間隔を隔てて少なくとも上下二個装備すると共に、前記光レンズ部を前記付記8に記載の光レンズ部により構成し、
前記信号伝達手段が備えている前記面発光レーザを、前記層状に構成された各導波路に前記45度多重反射ミラーを介して個別に光信号を送り込む少なくとも二つの面発光レーザとしたことを特徴とする光結合回路。
[Supplementary Note 13] (See FIG. 22 / double layer / transmission side optical assembly)
In the optical coupling circuit according to
The waveguide including the optical lens unit is equipped with at least two upper and lower parts at a predetermined interval, and the optical lens unit is configured by the optical lens unit according to Appendix 8.
The surface-emitting laser provided in the signal transmission means is at least two surface-emitting lasers that individually send optical signals to each of the waveguides configured in layers through the 45-degree multiple reflection mirror. An optical coupling circuit.
〔付記14〕(図5,図6参照/単一/受信側光アッセンブリ)
付記1に記載の光結合回路において、
前記信号伝達手段を、前記45度多重反射ミラーの光出力端面に設置され光信号を電気信号に変換する光電変換素子と、この光電変換素子に接続され当該光電変換素子から出力される所定の電気信号を外部送信用として送り出す電気信号伝送回路とを含む構成としたことを特徴とする光結合回路。
[Appendix 14] (See FIGS. 5 and 6 / Single / Receiver side optical assembly)
In the optical coupling circuit according to
The signal transmission means is installed on the light output end face of the 45-degree multi-reflection mirror, and converts a light signal into an electric signal, and a predetermined electric power output from the photoelectric conversion element connected to the photoelectric conversion element. An optical coupling circuit comprising an electric signal transmission circuit for sending a signal for external transmission.
〔付記15〕(図5,図6参照/複数/受信側光アッセンブリ)
付記1に記載の光結合回路において、
前記光レンズ部を備えた前記導波路を一定間隔で複数併設すると共に、この複数の前記導波路に個別に対応して前記45度多重反射ミラーを介して送り込まれる光信号を電気信号に変換して出力する前記信号伝達手段を複数設け、
この各信号伝達手段を、前記45度多重反射ミラーの光出力端面に設置され光信号を電気信号に変換する光電変換素子と、この光電変換素子に接続され当該光電変換素子により変換された所定の電気信号を外部送信用として送り出す電気信号伝送回路とを含む構成としたことを特徴とする光結合回路。
[Supplementary Note 15] (See FIGS. 5 and 6 / Plural / Receiving side optical assembly)
In the optical coupling circuit according to
A plurality of the waveguides having the optical lens portions are provided at regular intervals, and an optical signal sent through the 45-degree multiple reflection mirror corresponding to each of the plurality of waveguides is converted into an electrical signal. A plurality of the signal transmission means for outputting
Each of these signal transmission means is installed on the light output end face of the 45-degree multiple reflection mirror, and a photoelectric conversion element that converts an optical signal into an electrical signal, and a predetermined signal that is connected to the photoelectric conversion element and converted by the photoelectric conversion element An optical coupling circuit comprising an electrical signal transmission circuit for sending an electrical signal for external transmission.
〔付記16〕(図23参照/二層/受信側光アッセンブリ)
付記13に記載の光結合回路において、
前記光レンズ部を備えた前記導波路を、所定間隔を隔てて少なくとも上下二個装備すると共に、前記光レンズ部を前記付記8に記載の光レンズ部により構成し、
前記信号伝達手段が備えている前記光電変換素子を、前記各導波路から前記45度多重反射ミラーを介して個別に送り込まれる光信号に対応して少なくとも二つの光電変換素子としたことを特徴とする光結合回路。
[Supplementary Note 16] (See FIG. 23 / Double-layer / Receiver side optical assembly)
In the optical coupling circuit according to
The waveguide including the optical lens unit is equipped with at least two upper and lower parts at a predetermined interval, and the optical lens unit is configured by the optical lens unit according to Appendix 8.
The photoelectric conversion elements provided in the signal transmission means are at least two photoelectric conversion elements corresponding to optical signals individually sent from the respective waveguides through the 45-degree multiple reflection mirrors, Optical coupling circuit.
〔付記17〕(図17参照)
付記1に記載の光結合回路において、
前記光レンズ部を前記付記8に記載の光レンズ部と同等の光レンズ部により構成すると共に、この光レンズ部から出力される光信号を前記45度多重反射ミラーを介して外部に位置する段違いの他の導波路に送り込む前記信号伝達手段を、前記付記8に記載の光レンズ部と同等の光レンズ部を含んで成る信号伝達手段としたことを特徴とする光結合回路。
[Appendix 17] (See Figure 17)
In the optical coupling circuit according to
The optical lens unit is composed of an optical lens unit equivalent to the optical lens unit described in Appendix 8, and the optical signal output from the optical lens unit is positioned outside via the 45-degree multiple reflection mirror. An optical coupling circuit characterized in that the signal transmission means for feeding into another waveguide is a signal transmission means including an optical lens portion equivalent to the optical lens portion described in appendix 8.
〔付記18〕(図18,図19参照/段付光結合)
付記1に記載の光結合回路において、
前記光レンズ部を備えた導波路を二個一組として装備すると共に、当該二個の各導波路を上下方向に重ねて二層構造とすると共に上側の導波路を下層の導波路に沿って後退させた状態に配設し、
前記二個の各導波路に個別に対応して前記45度多重反射ミラーを二個配置すると共に当該各45度多重反射ミラーからの光信号の送受信方向を同一方向に設置し、
前記信号伝達手段を、前記各45度多重反射ミラーから外部に対して送受信される光信号を反射して伝送する45度反射ミラーと、この45度反射ミラーに係合して設置され外部と送受信される前記光信号を中継する二本の中継光ファイバと、この各中継光ファイバと前記45度反射ミラーとの間に配置された二個の集光レンズとにより構成し、
前記各45度多重反射ミラーと前記45度反射ミラーとの間に、送受信される前記光信号を集束する半円柱状レンズをそれぞれ設置したことを特徴とする光結合回路。
[Appendix 18] (See FIGS. 18 and 19 / Stepped optical coupling)
In the optical coupling circuit according to
Equipped with two waveguides each having the optical lens portion as a set, the two waveguides are stacked in a vertical direction to form a two-layer structure, and the upper waveguide is formed along the lower waveguide. Arranged in a retracted state,
Two 45 degree multiple reflection mirrors are arranged corresponding to each of the two waveguides individually, and the transmission / reception direction of the optical signal from each 45 degree multiple reflection mirror is set in the same direction,
The signal transmission means is installed by being engaged with the 45 degree reflection mirror and transmitting and receiving to and from the outside by reflecting the optical signal transmitted and received from each 45 degree multiple reflection mirror to the outside. Two optical fibers that relay the optical signal, and two condensing lenses disposed between the optical fibers and the 45-degree reflection mirror,
An optical coupling circuit, wherein a semi-cylindrical lens for converging the transmitted and received optical signals is installed between each of the 45-degree multiple reflection mirrors and the 45-degree reflection mirror.
〔付記19〕(図1参照/光モジュール)
同一ボード上に装備され伝送信号処理部に外部入力される電気信号を外部に向けて送信する発信信号処理部に伝送するための光式インターコネクション回路を備えた信号送受信用光モジュールにおいて、
前記光式インターコネクション回路を、前記伝送信号処理部に連結された送信側光アセンブリと、前記発信信号処理部に連結された受信側光アセンブリと、前記各光アセンブリを相互に連結するポリマー導波路とにより構成すると共に、
前記送信側光アセンブリとして前記付記10乃至11の何れか一つに記載の光結合回路を、又これに対応する前記受信側光アセンブリとして前記付記13乃至14の何れか一つに記載の光結合回路を、それぞれ装備したことを特徴とする信号送受信用光モジュール。
[Appendix 19] (See Fig. 1 / Optical Module)
In an optical module for signal transmission / reception provided with an optical interconnection circuit for transmitting to an outgoing signal processing unit that transmits an electrical signal externally input to the transmission signal processing unit, which is installed on the same board,
The optical interconnection circuit includes a transmission-side optical assembly coupled to the transmission signal processing unit, a reception-side optical assembly coupled to the transmission signal processing unit, and a polymer waveguide that interconnects the optical assemblies. And consisting of
The optical coupling circuit according to any one of the supplementary notes 10 to 11 as the transmission side optical assembly, and the optical coupling circuit according to any one of the supplementary notes 13 to 14 as the corresponding reception side optical assembly. An optical module for signal transmission / reception characterized by being equipped with a circuit.
〔付記20〕(第2実施形態/図16参照)
一方のボードに装備された複数の伝送信号処理部に入力される送信用の電気信号を、他方のボードに装備され外部に発信する複数の発信信号処理部に伝送するための光式インターコネクション回路を備えた信号送受信用光モジュールにおいて、
前記光式インターコネクション回路を、
前記各伝送信号処理部から出力される複数の電気信号を光信号に変換する複数の送信側光アセンブリと、前記光信号を複数のポリマー導波路を介して取り込み前記他方のボード側へ伝送する光信号中継手段と、この光信号中継手段を介して伝送されて来る光信号を複数のポリマー導波路を介して取り込み電気信号に変換して前記各発信信号処理部に伝送する複数の受信側光アセンブリとを含む構成とし、
前記光信号中継手段を、
前記一方と他方の各ボード相互間に設置された光結合用の複数本の中継光ファイバーと、この複数本の中継光ファイバーと前記一方のボード上の前記複数の導波路とを光結合する一方の中継用光結合回路と、前記複数本の中継光ファイバーと前記他方のボード上の前記複数の導波路とを光結合する他方の中継用光結合回路とにより構成し、
前記複数の送信側光アセンブリをそれぞれ前記付記10に記載の光結合回路で構成すると共に、前記複数の受信側光アセンブリをそれぞれ前記付記13に記載の光結合回路で構成したことを特徴とする信号送受信用光モジュール。
[Supplementary Note 20] (Second embodiment / see FIG. 16)
Optical interconnection circuit for transmitting electrical signals for transmission input to a plurality of transmission signal processing units installed on one board to a plurality of transmission signal processing units installed on the other board and transmitting to the outside In the optical module for signal transmission and reception comprising
The optical interconnection circuit;
A plurality of transmission-side optical assemblies that convert a plurality of electrical signals output from the respective transmission signal processing units into optical signals, and light that takes the optical signals through a plurality of polymer waveguides and transmits them to the other board side Signal relay means, and a plurality of reception side optical assemblies that take optical signals transmitted through the optical signal relay means through a plurality of polymer waveguides, convert them into electrical signals, and transmit them to the respective outgoing signal processing units And a configuration including
The optical signal relay means;
A plurality of relay optical fibers for optical coupling installed between the one and the other boards, and one relay for optically coupling the plurality of relay optical fibers and the plurality of waveguides on the one board An optical coupling circuit for use, and the other relay optical coupling circuit for optically coupling the plurality of relay optical fibers and the plurality of waveguides on the other board,
The plurality of transmission side optical assemblies are each configured by the optical coupling circuit described in
〔付記21〕(第3実施形態/図21参照)
一方のボードに装備された複数の伝送信号処理部に入力される送信用の電気信号を、他方のボードに装備され外部に発信する複数の発信信号処理部に伝送するための光式インターコネクション回路を備えた信号送受信用光モジュールにおいて、
前記光式インターコネクション回路を、
前記各伝送信号処理部から出力される複数の電気信号を光信号に変換する二層構造の送信側光アセンブリと、前記光信号を複数のポリマー導波路を介して取り込み前記他方のボード側へ伝送する光信号中継手段と、この光信号中継手段を介して伝送されて来る光信号を複数のポリマー導波路を介して取り込み電気信号に変換して前記各発信信号処理部に伝送する二層構造の受信側光アセンブリとを含む構成とし、
前記光信号中継手段を、
前記一方と他方の各ボード相互間に設置された光結合用の複数本の中継光ファイバーと、この複数本の中継光ファイバーと前記一方のボード上の前記複数の導波路とを光結合する一方の中継用光結合回路と、前記複数本の中継光ファイバーと前記他方のボード上の前記複数の導波路とを光結合する他方の中継用光結合回路とにより構成し、
前記二層構造の送信側光アセンブリを前記付記12に記載の光結合回路で構成すると共に、前記二層構造の受信側光アセンブリを前記付記15に記載の光結合回路で構成し、
前記一方と他方の各中継用光結合回路を前記付記17に記載の光結合回路で構成したことを特徴とする信号送受信用光モジュール。
[Supplementary Note 21] (Third Embodiment / See FIG. 21)
Optical interconnection circuit for transmitting electrical signals for transmission input to a plurality of transmission signal processing units installed on one board to a plurality of transmission signal processing units installed on the other board and transmitting to the outside In the optical module for signal transmission and reception comprising
The optical interconnection circuit;
A transmission-side optical assembly having a two-layer structure that converts a plurality of electrical signals output from the transmission signal processing units into optical signals, and the optical signals are captured via a plurality of polymer waveguides and transmitted to the other board side. And an optical signal relay means that receives the optical signal transmitted through the optical signal relay means through a plurality of polymer waveguides, converts the optical signal to an electrical signal, and transmits the electrical signal to each outgoing signal processor. Including a receiving side optical assembly,
The optical signal relay means;
A plurality of relay optical fibers for optical coupling installed between the one and the other boards, and one relay for optically coupling the plurality of relay optical fibers and the plurality of waveguides on the one board An optical coupling circuit for use, and the other relay optical coupling circuit for optically coupling the plurality of relay optical fibers and the plurality of waveguides on the other board,
The transmission-side optical assembly having the two-layer structure is configured by the optical coupling circuit according to
An optical module for signal transmission / reception, wherein each of the one and the other optical coupling circuits for relaying is configured by the optical coupling circuit described in Appendix 17.
〔付記22〕(図24参照)
同一ボード上に装備され伝送信号処理部に外部入力される電気信号を外部に向けて送信する発信信号処理部に伝送するための光式インターコネクション回路を備えた信号送受信用モジュールにおいて、
前記光式インターコネクション回路を、前記伝送信号処理部に連結された送信側光アセンブリ(一方の光結合回路411)と、前記発信信号処理部に連結された受信側光アセンブリ(他方の光結合回路413)と、前記各光アセンブリを相互に連結するポリマー導波路とにより構成し、
前記送信側光アセンブリとして前記請求項4に記載の光結合回路を装備すると共に、この光結合器が備えている信号伝達手段を当該信号伝達手段に併設されている45度多重反射ミラーと共に前記ボード上に固定する光・電気連係ソケット部96を装備したことを特徴とした信号送受信用モジュール。
[Appendix 22] (See Figure 24)
In a signal transmission / reception module equipped with an optical interconnection circuit for transmitting to an outgoing signal processing unit that transmits an electrical signal externally input to the transmission signal processing unit equipped on the same board,
The optical interconnection circuit includes a transmission side optical assembly (one optical coupling circuit 411) coupled to the transmission signal processing unit and a reception side optical assembly (the other optical coupling circuit) coupled to the transmission signal processing unit. 413) and a polymer waveguide for interconnecting the optical assemblies,
The board is equipped with the optical coupling circuit according to claim 4 as the transmitting side optical assembly, and the board includes a signal transmission means provided in the optical coupler together with a 45-degree multiple reflection mirror provided in the signal transmission means. A signal transmission / reception module comprising an optical / electrical
〔付記23〕
付記21に記載の信号送受信用モジュールにおいて、
前記光・電気連係ソケット部96を、前記45度多重反射ミラーと光結合器とを同時に前記同一ボードに押し当てて固定するロック機構96Aと、前記光結合回路411が備えている電気配線基板91を介して当該光結合回路の前記ボード10上の位置を決める位置決めピン96Bとを含む構成としたことを特徴とする信号送受信用モジュール。
[Appendix 23]
In the signal transmission / reception module according to attachment 21,
An
本発明は、サーバ、ルータ、HPCに適用する光インターコネクション用モジュールに用いられる光回路に好適なものである。 The present invention is suitable for an optical circuit used in an optical interconnection module applied to a server, a router, and an HPC.
1,30,40,400 信号送受信用光モジュール(光モジュール)
1A,30A,40A,400A 光信号伝送路(光式インターコネクション回路)
2,2A,2B 伝送信号処理部
3,3A,3B 発信信号処理部
10 基板(ボード)
10A 一方の基板(ボード)
10B 他方の基板(ボード)
11,411 送信側光アセンブリ(一方の光結合回路)
11A 第1の光結合回路(送信側光アセンブリ)
11B 第2の光結合回路(送信側光アセンブリ)
12(121 ,122 ,123 ,……) 導波路(ポリマー導波路)
12a コア層
12b クラッド層
12c 半円柱状レンズ
12F フレネルレンズ面
12P,12Q 円弧状レンズ面
12G 第2レンズ部(半円柱状レンズ部)
12W 光レンズ部(二重レンズ部)
12Wa 12Wb レンズ部
13,413 受信側光アセンブリ(他方の光結合回路)
13A 第7の光結合回路(受信側光アセンブリ)
13B 第8の光結合回路(受信側光アセンブリ)
14,44 45度多重反射ミラー
15,25,35 信号伝達手段
15A,25A,32A,33A 信号伝達手段
161 ,162 ,163 ,……,35,45 面発光レーザ(VCSEL)
171 ,172 ,173 ,…… 電気配線回路(電気配線)
261 ,262 ,263 ,……,55,65 ホトダイオード(PD)
31 第3の光結合回路
32 一方の中継用光結合回路(第4の光結合回路)
32A,32B 半円柱状レンズ体
32C 45度反射ミラー
32D,32D 光コネクタ部
32Da,32Db 集光レンズ
33 他方の中継用光結合回路(第5の光結合回路)
34 第6の光結合回路
41 送信側光アセンブリ
43 受信側光アセンブリ
73(731 ,732 ,733 ,……) 導波路(ポリマー導波路)
83(831 ,832 ,833 ,……) 導波路(ポリマー導波路)
96 光/電気連係ソケット部
96A ロック機構
96B 位置決めピン
99A,99B 光信号中継手段
100 MMFアレイ(中継光ファイバーアレイ)
100a MMF回線(中継光ファイバー)
1, 30, 40, 400 Signal transmission / reception optical module (optical module)
1A, 30A, 40A, 400A Optical signal transmission line (optical interconnection circuit)
2, 2A, 2B Transmission
10A One board (board)
10B The other board (board)
11,411 Transmitting side optical assembly (one optical coupling circuit)
11A First optical coupling circuit (transmission side optical assembly)
11B Second optical coupling circuit (transmission side optical assembly)
12 (12 1 , 12 2 , 12 3 , ...) Waveguide (polymer waveguide)
12W optical lens part (double lens part)
12Wa 12Wb Lens part 13,413 Reception side optical assembly (the other optical coupling circuit)
13A Seventh optical coupling circuit (receiving-side optical assembly)
13B Eighth optical coupling circuit (receiving-side optical assembly)
14, 44 45 degree
17 1 , 17 2 , 17 3 , ... Electric wiring circuit (electrical wiring)
26 1 , 26 2 , 26 3 , ..., 55, 65 Photodiode (PD)
31 Third
32A, 32B
34 Sixth
83 (83 1 , 83 2 , 83 3 ,...) Waveguide (polymer waveguide)
96 optical / electrical
100a MMF line (relay optical fiber)
Claims (10)
前記導波路の他方の端部を、前記45度多重反射ミラーが備えている複数の光信号伝送多重層の内の少なくとも一つの層に対応させて配設すると共に、
この導波路の前記45度多重反射ミラー側に、当該45度多重反射ミラーの光入出面に対向して前記光信号の広がりを抑制する光レンズ部を設けると共に、この光レンズ部を前記導波路と一体化したことを特徴とする光結合回路。 A waveguide disposed on the substrate for guiding an optical signal input / output at one end toward the other end, and the waveguide disposed opposite the other end of the waveguide. A 45-degree multi-reflection mirror that guides transmission / reception of optical signals in a direction different from the installation surface of the optical fiber, and the optical signals are transmitted / received to / from the waveguide via the 45-degree multi-reflection mirror to the outside. And signal transmission means for relaying signal transmission and reception,
The other end of the waveguide is disposed so as to correspond to at least one of a plurality of optical signal transmission multiple layers provided in the 45-degree multiple reflection mirror, and
An optical lens portion for suppressing the spread of the optical signal is provided on the 45 ° multiple reflection mirror side of the waveguide so as to oppose the light input / output surface of the 45 ° multiple reflection mirror, and the optical lens portion is disposed on the waveguide. An optical coupling circuit characterized by being integrated with.
45度多重反射ミラーが絶縁性で弾性を有するゴムや樹脂と交互に積層された金属薄膜により構成され、この異方性導電シートはとしても働くことを特徴とする光結合回路。 The optical coupling circuit according to claim 1.
An optical coupling circuit characterized in that the 45-degree multi-reflection mirror is composed of metal thin films alternately laminated with insulating and elastic rubber or resin, and this anisotropic conductive sheet also functions as a mirror.
前記光レンズ部を、前記導波路と同一高さ寸法の半円柱状レンズとすると共に、この半円柱状レンズを、前記導波路の端部を含み且つ前記45度多重反射ミラーの光信号伝送多重層に沿って両側に設置されているクラッド層部分を覆う状態の拡張された円弧状レンズ面を備えた構成の半円柱状レンズとしたことを特徴とする光結合回路。 The optical coupling circuit according to claim 1 or 2,
The optical lens portion is a semi-cylindrical lens having the same height as the waveguide, and the semi-cylindrical lens includes an end portion of the waveguide and the optical signal transmission multiple of the 45-degree multiple reflection mirror. An optical coupling circuit comprising a semi-cylindrical lens having an expanded arc-shaped lens surface in a state of covering a clad layer portion installed on both sides along a multilayer.
前記光レンズ部を、前記導波路と同一高さ寸法の第1レンズ部と、この第1レンズ部と前記45度多重反射ミラーとの間に配設された第2レンズ部とを含む構成とし、
前記第1レンズ部を半円柱状レンズとすると共に、当該半円柱状レンズの前記45度多重反射ミラー側の面を、前記導波路の端部を含み且つ前記45度多重反射ミラーの光信号伝送多重層に沿って当該導波路側に位置するコア層を覆う状態の拡張された円弧状レンズ面とし、
前記第2レンズ部を、前記第1レンズ部に対向する側のレンズ面を円弧状レンズ面とすると共に前記45度多重反射ミラーの光信号伝送多重層に対向するレンズ面を平坦面としてなる半円柱状レンズとしたことを特徴とする光結合回路。 The optical coupling circuit according to claim 1 or 2,
The optical lens unit includes a first lens unit having the same height as the waveguide, and a second lens unit disposed between the first lens unit and the 45-degree multiple reflection mirror. ,
The first lens portion is a semi-cylindrical lens, and the surface of the semi-cylindrical lens on the 45 ° multiple reflection mirror side includes the end of the waveguide and the optical signal transmission of the 45 ° multiple reflection mirror. An expanded arc-shaped lens surface covering the core layer located on the waveguide side along the multiple layers,
The second lens portion is a half surface in which the lens surface facing the first lens portion is an arc-shaped lens surface and the lens surface facing the optical signal transmission multiple layer of the 45 ° multiple reflection mirror is a flat surface. An optical coupling circuit characterized by being a cylindrical lens.
前記信号伝達手段を、前記45度多重反射ミラーの前記導波路とは反対側の端面に設置された面発光レーザと、この面発光レーザを駆動する電気信号を送り込む電気配線回路とを含む構成としたことを特徴とする光結合回路。 The optical coupling circuit according to claim 1, 3, 4,
A configuration in which the signal transmission means includes a surface-emitting laser installed on an end surface of the 45-degree multi-reflection mirror opposite to the waveguide, and an electric wiring circuit for sending an electric signal for driving the surface-emitting laser; An optical coupling circuit characterized by that.
前記信号伝達手段を、前記45度多重反射ミラーの前記導波路とは反対側の端面に設置された光スルーホールと、光スルーホールの反対側の端面に設置された面発光レーザと、この面発光レーザを駆動する電気信号を送り込む電気配線回路とを含む構成としたことを特徴とする光結合回路。 The optical coupling circuit according to claim 1, 2, 3, 4
The signal transmission means includes an optical through hole installed on an end surface opposite to the waveguide of the 45-degree multiple reflection mirror, a surface emitting laser installed on an end surface opposite to the optical through hole, and this surface. An optical coupling circuit comprising an electrical wiring circuit for sending an electrical signal for driving a light emitting laser.
前記信号伝達手段を、前記各45度多重反射ミラーから外部に対して送受信される光信号を反射して伝送する45度反射ミラーと、この45度反射ミラーに係合して設置され外部と送受信される前記光信号を中継する中継光ファイバと、この各中継光ファイバと前記45度反射ミラーとの間に配置された集光レンズとにより構成し、前記各45度多重反射ミラーと前記45度反射ミラーとの間に、送受信される前記光信号を集束する半円柱状レンズをそれぞれ設置したことを特徴とする光結合回路。 The optical coupling circuit according to claim 1.
The signal transmission means is installed by being engaged with the 45 degree reflection mirror and transmitting and receiving to and from the outside by reflecting the optical signal transmitted and received from each 45 degree multiple reflection mirror to the outside. A relay optical fiber that relays the optical signal, and a condensing lens disposed between each of the relay optical fibers and the 45 degree reflection mirror, and each of the 45 degree multiple reflection mirror and the 45 degree An optical coupling circuit characterized in that a semi-cylindrical lens for converging the transmitted and received optical signals is provided between the reflecting mirrors.
前記光式インターコネクション回路を、前記伝送信号処理部に連結された送信側光アセンブリと、前記発信信号処理部に連結された受信側光アセンブリと、前記各光アセンブリを相互に連結するポリマー導波路とにより構成すると共に、
前記送信側光アセンブリとして、前記請求項1乃至6の何れか一つに記載の光結合回路を装備したことを特徴とする信号送受信用光モジュール。 In an optical module for signal transmission / reception provided with an optical interconnection circuit for transmitting to an outgoing signal processing unit that transmits an electrical signal externally input to the transmission signal processing unit, which is installed on the same board,
The optical interconnection circuit includes a transmission-side optical assembly coupled to the transmission signal processing unit, a reception-side optical assembly coupled to the transmission signal processing unit, and a polymer waveguide that interconnects the optical assemblies. And consisting of
7. An optical module for signal transmission / reception, comprising the optical coupling circuit according to claim 1 as the transmission-side optical assembly.
前記光式インターコネクション回路を、
前記各伝送信号処理部から出力される複数の電気信号を光信号に変換する複数の送信側光アセンブリと、前記光信号を複数のポリマー導波路を介して取り込み前記他方のボード側へ伝送する光信号中継手段と、この光信号中継手段を介して伝送されて来る光信号を複数のポリマー導波路を介して取り込み電気信号に変換して前記各発信信号処理部に伝送する複数の受信側光アセンブリとを含む構成とし、
前記光信号中継手段を、
前記一方と他方の各ボード相互間に設置された光結合用の複数本の中継光ファイバーと、この複数本の中継光ファイバーと前記一方のボード上の前記複数の導波路とを光結合する一方の請求項7に記載の中継用光結合回路と、前記複数本の中継光ファイバーと前記他方のボード上の前記複数の導波路とを光結合する同じく、他方の請求項7に記載の中継用光結合回路とにより構成し、
前記複数の送信側光アセンブリを、前記請求項1から6に記載の光結合回路で構成したことを特徴とする信号送受信用光モジュール。 Optical interconnection circuit for transmitting electrical signals for transmission input to a plurality of transmission signal processing units installed on one board to a plurality of transmission signal processing units installed on the other board and transmitting to the outside In the optical module for signal transmission and reception comprising
The optical interconnection circuit;
A plurality of transmission-side optical assemblies that convert a plurality of electrical signals output from the respective transmission signal processing units into optical signals, and light that takes the optical signals through a plurality of polymer waveguides and transmits them to the other board side Signal relay means, and a plurality of reception side optical assemblies that take optical signals transmitted through the optical signal relay means through a plurality of polymer waveguides, convert them into electrical signals, and transmit them to the respective outgoing signal processing units And a configuration including
The optical signal relay means;
A plurality of relay optical fibers for optical coupling installed between the one and the other boards, and one of the plurality of relay optical fibers and the plurality of waveguides on the one board for optical coupling. 8. The relay optical coupling circuit according to claim 7, wherein the relay optical coupling circuit according to claim 7 is optically coupled to the plurality of relay optical fibers and the plurality of waveguides on the other board. And consisting of
7. An optical module for signal transmission / reception, wherein the plurality of transmission-side optical assemblies are configured by the optical coupling circuit according to claim 1.
前記光式インターコネクション回路を、前記伝送信号処理部に連結された送信側光アセンブリ(一方の光結合回路)と、前記発信信号処理部に連結された受信側光アセンブリ(他方の光結合回路)と、前記各光アセンブリを相互に連結するポリマー導波路とにより構成し、
前記送信側光アセンブリとして前記請求項1から6に記載の光結合回路を装備すると共に、この光結合器が備えている信号伝達手段を当該信号伝達手段に併設されている45度多重反射ミラーと共に前記ボード上に固定する光・電気連係ソケット部を装備したことを特徴とする信号送受信用モジュール。 In a signal transmission / reception module equipped with an optical interconnection circuit for transmitting to an outgoing signal processing unit that transmits an electrical signal externally input to the transmission signal processing unit equipped on the same board,
The optical interconnection circuit includes a transmission side optical assembly (one optical coupling circuit) coupled to the transmission signal processing unit and a reception side optical assembly (the other optical coupling circuit) coupled to the transmission signal processing unit. And a polymer waveguide for interconnecting the optical assemblies,
The optical coupling circuit according to any one of claims 1 to 6 is provided as the transmission-side optical assembly, and the signal transmission means provided in the optical coupler is combined with a 45-degree multiple reflection mirror provided in the signal transmission means. A signal transmission / reception module comprising an optical / electrical connection socket portion fixed on the board.
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