JP2013029782A - 光伝送路、光コネクタ、及び光モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】 屈折率差が非等方の光導波路と、屈折率差が等方性の光導波路とを接続する光伝送路において、結合損失を抑制する。
【解決手段】 光伝送路は、コアとクラッドを備える第１及び第２の光導波路と、前記第１の光導波路と前記第２の光導波路をレンズを介して光学的に接続するコネクタと、を含み、前記第１の光導波路と、前記第２の光導波路の少なくとも一方が、第１の方向におけるコアとクラッドの屈折率差と、第２の方向におけるコアとクラッドの屈折率差が異なり、前記第１の光導波路と、前記第２の光導波路の少なくとも一方において、第１の方向における屈折率差が等しくなる第１の出射位置と、第２の方向における屈折率差が等しくなる第２の出射位置とが、光軸上でオフセットして配置されている。
【選択図】図６

Description

本発明は、光伝送路、光コネクタ、及び光モジュールに関する。

近年、サーバー、ハイエンドコンピュータ（ＨＰＣ）等の分野では、マルチＣＰＵ化による性能の向上により、ＣＰＵと外部インターフェースの間を通信するＩ／Ｏ機能の伝送容量が飛躍的に増大している。一方で、従来の電気信号による高速伝送には、クロストークの発生や配線密度の観点から限界がある。そこで、光電変換素子を配置して光信号で高速Ｉ／Ｏを実現する技術（光インターコネクト技術）が検討されている。

光インターコネクト技術を実現するには、光送受信モジュールが必要となる。光伝送素子モジュールの候補として、発光素子や受光素子を基板にフェイスダウン実装して、基板の下側にポリマー光導波路を直接接続した光モジュールが提案されている。ポリマー光導波路は、光伝送素子を配置した光モジュール内で低コストの光結合を実現できる。しかし伝搬損失は0.04dB/cm前後となり、マルチモード光ファイバの2.4dB/km程度と比較して損失が大きい。もっとも、サーバボード内の光配線の長さは２０ｃｍ程度であることから、ボード内の光伝送素子モジュールにはポリマー光導波路を用い、１ｍ程度の光配線長が求められるバックプレーンの光伝送にはマルチモード光ファイバを用いる構成が提案されている（たとえば、非特許文献１参照）。

ポリマー導波路は、その製造方法の違いによっていくつか種類がある（たとえば、非特許文献２参照）。図１に、代表例としてコア露光・現像法（直接露光法）と、クラッド露光法（フォトアドレス法）を示す。図１（A）のコア露光・現像法では、下部クラッド層１００１上にコア層１００２をラミネートした後、マスク１００５を用いてコア部分を露光し現像して、コア１００３を形成する。コア形成後、上部クラッド層１００４をラミネートし、ベークして光導波路を作成する。この方法では、下部クラッド層１００１と上部クラッド層１００４に同じ材料を選択することで、光導波路の配置面に対して垂直方向（縦方向）と、水平方向（横方向）でコアとクラッドの屈折率差を同程度にしやすい。これを屈折率差の「等方性」と称する。しかし現像後のコア側壁に粗さが残り、伝搬損失が劣化する。

他方、図１（Ｂ）のクラッド露光法では、下部クラッド層１０１１、コア層１０１２、上部クラッド層１０１４をラミネートした後、コアとなる領域を除く部分を露光して、コア層１０１２のコアとなる領域以下の部分の屈折率を下げる。この方法は現像プロセスを必要とせず、工程数が少なく低コストである。また、コア側壁の粗さも生じないので伝搬損失の小さいポリマー光導波路が実現できる。しかし、コア側方の屈折率の低減をコア層１０１２の化学反応により実現するため、コアの側方（横方向）で屈折率差を大きくするのが困難である。他方、フィルム状の光導波路では、積層方向に曲がりやすいので配置面と垂直な方向の屈折率差を大きくして、曲げによる損失を低減する必要がある。その結果光導波路の縦方向と横方向でコアとクラッドの屈折率差が異なる。これを屈折率差の「非等方性」と称する。

T. Shiraishi et al., OTuQ5, OFC2011 「光配線光板の御紹介」、住友ベークライト株式会社、http://www.jpca.net/hikari/db/sumibe01.pdf 川上直美他、信学技報 R2010-6, CPM2010-6,OPE2010-6(2010-4)

特表２００８−５３５０３７

コアとクラッドの屈折率差が、導波路の配置面に対して垂直方向（縦方向）と水平方向（横方向）で異なるポリマー光導波路を、屈折率差が等方性の光ファイバと接合して光結合を行なった場合、後述するように光損失による劣化が生じる。同様に、ポリマー光導波路同士であっても、ＮＡ特性が互いに異なる光導波路同士を光結合する場合も、損失が生じ得る。

そこで、屈折率差が非等方性の光導波路と、屈折率差が等方性の光導波路を結合する場合、あるいは異なるＮＡ特性を有する屈折率差非等方の光導波路同士を結合する場合に、光結合損失を抑制することのできる構成を提供することを課題とする。

第１の態様では、光伝送路を提供する。光伝送路は、
コアとクラッドを備える第１及び第２の光導波路と、
前記第１の光導波路と前記第２の光導波路を、レンズを介して光学的に接続するコネクタと、を含み、
前記第１の光導波路と、前記第２の光導波路の少なくとも一方が、第１の方向におけるコアとクラッドの屈折率差と、第２の方向におけるコアとクラッドの屈折率差が異なり、
前記第１の光導波路と、前記第２の光導波路の少なくとも一方において、前記第１の方向における屈折率差が等しくなる第１の出射位置と、前記第２の方向における屈折率差が等しくなる第２の出射位置とが、光軸上でオフセットして配置されている。

第２の態様では、光コネクタを提供する。光コネクタは、
光導波路と、
前記光導波路からの光が入射するレンズと、
を備え、
前記光導波路から前記レンズに向かって出力されるビームにおいて、第１の方向において屈折率差が等しくなる第１の出射位置と、前記第１の方向と異なる第２の方向において屈折率差が等しくなる第２の出射位置とが、光軸に沿ってオフセットした位置に配置されている。

屈折率差が非等方性の光導波路と、屈折率差が等方性の光導波路を結合する場合に、光結合損失を抑制することができる。

公知のポリマー導波路を示す図である。 光ファイバの屈折率分布を示す図である。 光導波路のＮＡ（開口数）を説明するための図である。 非等方光導波路を等方光導波路に直接接続したときの光結合損失を説明するための図である。 非等方光導波路を、レンズを介して等方光導波路に接続したときの光結合損失を説明するための図である。 実施例の光伝送路の基本概念図である。 動作原理を説明するための図である。 光伝送路で用いられる実施例１の光コネクタの概略図である。 実施例１の光コネクタの部分構成図である。 実施例１の光コネクタの水平断面図と垂直断面図である。 変形例１の基本概念図である。 変形例１の動作原理を説明するための図である。 変形例１の光コネクタの構成例である。 変形例２の基本概念図である。 実施例２の光導波路の概略図である。 図１５の光導波路とレンズフェルールとの嵌合状態を示す図である。 図１５の光導波路を用いた光コネクタの概略図である。 実施例１又は２の光伝送路を用いた光送受信モジュールの構成例である。

発明者は、従来の光コネクタを用いて、コアとクラッドの屈折率差が非等方の光導波路と、屈折率差が等方性の等方光導波路の光結合を行なった場合、光損失による劣化が生じることを見出した。まず、これについて説明する。

図２は、一般的なマルチモード光ファイバの屈折率分布を示す。図２（Ａ）のステップインデックスファイバでは、コアで径方向に屈折率が一定し、クラッドでも径方向で屈折率が一定する。図２（Ｂ）のグレーデットインデックスファイバは、コアの中心から外側に向けて屈折率が等方的に変化し、クラッドの屈折率は一定である。いずれの場合も光伝搬軸に対して、コアとクラッドの屈折率差は等方性となっている。

図３は、光導波路のＮＡ（開口数）を説明するための図である。ＮＡは、コアとクラッドの屈折率差によって決まる。コアの屈折率をｎ1、クラッドの屈折率をｎ2とすると、ＮＡは式（１）で表される。

光導波路中の光を光線で考えると、ＮＡすなわち屈折率差が大きい光導波路は、大きい角度の光線まで許容する。ＮＡが大きい光導波路から出射する光線の最大角度は大きくなる。出射する光線の角度をθ、光導波路のコアの屈折率をｎ1とすると、ＮＡは式（２）で表される。

式（２）から明らかなように、ＮＡと光線角度は相関関係がある。図３（Ａ）の例で、ＮＡ＝０．３の光導波路Ａから空気中に光が出射する場合、最大１７．５度の角度の光線が出射される。ここでは、光導波路から出射した光の光線角度を「ＮＡＯ」と称して、光導波路のＮＡと区別して表す。図３（Ａ）では、便宜上最大角度の光線しか記載していないが、この角度よりも小さい角度の光はすべて光導波路の中に存在できる。したがって、ＮＡが０．３の光導波路Ａからは、ＮＡＯが０．３以下の範囲にある多様な光線が出射する。コア径の大きなマルチモード光導波路の場合は、全モードが励振しているとして、コア内の多様な点から、ＮＡＯが０．３以下の種々の光線が出射する。出射光線の角度分布と位置の分布はマルチモードの励振状態によって異なる。

図３（Ｂ）に示すように、ＮＡ＝０．３の光導波路Ａと、ＮＡ＝０．２の光導波路Ｂを直接接続することを考える。この場合、ＮＡＯが２より大きい角度の光線はＮＡ＝０．２の光導波路Ｂへは伝搬せず、損失となる。損失は、全モード励振したとしておよそ式（３）で表すことができる。

ＮＡ＝０．３の光導波路Ａから、ＮＡ＝０．２の光導波路Ｂに伝搬する場合は、約１．８ｄＢの結合損失が発生する。このようにＮＡが大きい光導波路からＮＡが小さい光導波路に光が伝搬する場合、結合損失が発生する。

図４は、屈折率差が非等方性の光導波路（「非等方光導波路」と略称する）と、屈折率が等方性の光導波路（「等方光導波路」と略称する）を直接接続したときの光結合損失を説明するための図である。図４（Ａ）の非等方光導波路２Ａでは、光導波路の配置面に対して垂直（縦）方向と水平方向（横方向）で、屈折率差すなわちＮＡが異なり、出射する光線のＮＡＯも、垂直（縦）方向と水平（横）方向で異なる。以下の説明及び図面において、「縦方向」というときは、光導波路の配置面に対して垂直方向または高さ方向を意味し、「横方向」と言うときは、光導波路の配置面に対して水平方向または幅方向を意味するものとする。

図４（Ａ）では、空気中への縦方向の出射光６の最大ＮＡＯは０．３であるが、横方向の出射光７の最大ＮＡＯは０．２となる。

図４（Ｂ）では、非等方光導波路２Ａを、ＮＡ＝０．３の等方光導波路２Ｂと直接接合する。非等方光導波路２Ａから等方光導波路２Ｂへ光送信する場合、等方光導波路２ＢのＮＡ値は、非等方性導波路２ＡのＡＮ値と同等またはそれ以上なので、結合損失の影響なしに光信号が伝搬する。他方、等方光導波路２Ｂから非等方光導波路２Ａで光を受信する場合、ＮＡ値が小さくなっている横方向で結合損失が生じる。

そこで、図４（Ｃ）に示すように、等方光導波路２ＢのＮＡ値を、非等方光導波路２Ａの横方向のＮＡ値に合わせて０．２とする。そうすると、今度は、非等方光導波路２Ａから等方光導波路２Ｂへの光送信で結合損失が生じる。つまり、送受信のいずれかの方向でＮＡの不一致が発生し、光結合の損失が生じる。

図５は、非等方光導波路３Ｂと等方性の光ファイバ３Ｂを、レンズを介して接続したときの光結合損失を説明する図である。図５（Ａ）に示すように、レンズ５を用いることでレンズ５に入射する光のＮＡＯを変換することができる。光コネクタ用の一般的な光導波路のチャネルピッチは２５０umと高密度なので、レンズ５にも２５０um径のマイクロレンズアレイが用いられる。このような小さいサイズのレンズを通常の方法で製造すると、加工の都合上、中心対称なレンズとなる。中心対称のレンズ５では、ＮＡＯは縦横のそれぞれの光線に対して等しい割合で変化する。

図５（Ｂ）では、レンズ５で集光される光の横方向のＮＡＯがファイバ３ＢのＮＡ（NA=0.2）と一致するように、レンズ５を加工する。この場合、ファイバ３Ｂから導波路３Ａへの受信では、結合損失なしに光接続することができる。しかし、導波路３Ａからファイバ３Ｂへの送信では、縦方向にＮＡＯが大きい光が（NAO＝0.27）、ＮＡの小さいファイバ３Ｂ（NA＝0.2）に入射するため、光結合に損失が生じる。

図５（Ｃ）では、レンズ５で集光される光の縦方向のＮＡＯが、ファイバ３ＢのＮＡ（NA=0.2）と一致するようにレンズ５を加工する。この場合、導波路３Ａからファイバ３Ｂへの送信では、結合損失なしに光接続することができる。しかし、ファイバ３Ｂから導波路３Ａへの受信では、横方向にＮＡＯが大きい光が（NAO＝0.32）、ＮＡの小さい導波路３Ａ（NA＝0.24）に入射するため、光結合に損失が生じる。

このように、中心対称に加工されたレンズでは、縦方向と横方向のいずれかの方向で接続相手とＮＡが一致するように曲率を調整しても、他の方向でＮＡの不一致が生じる。この問題は、レンズの曲率を非対称に加工することで解消されるが、微小なレンズを１つずつ非対称に加工するのは困難である。

そこで、以下で説明する実施例では、レンズの形状は変えずに、光導波路から大きなＮＡで出射する光線の出射位置と、小さなＮＡで出射する光線の出射位置を異ならせる（オフセットさせる）ことによって、縦方向、横方向の双方で結合損失を抑制して、効率的な光結合を実現する。

図６は、屈折率差が非等方性の導波路（第１導波路）４Ａと、屈折率差が等方性のファイバ（第２導波路）４Ｂを、レンズ５を介して接続する光伝送路１の基本概念を示す。

コアとクラッドの屈折率差が非等方の導波路４Ａでは、たとえば、縦方向のＮＡが０．３２、横方向のＮＡが０．２４である。この導波路４Ａからレンズ５に入力するビームのＮＡＯは、縦方向で０．３２、横方向で０．２４である。この場合、ＮＡが高い方向、すなわち屈折率差が大きい方向に進むビーム６の出射位置Ｅ2を、ＮＡが低い方向、すなわち屈折率差が小さい方向に進むビーム７の出射位置Ｅ1よりも、距離ｄだけ光軸Ｐに沿ってレンズ５の側にオフセットさせる。出射位置をオフセットさせるための具体的な構成は後述する。ＮＡが高い方向のビーム出射位置をレンズ５側に近づけることによって、レンズ５から接続先の等方性光ファイバ４Ｂに入力するビームのＮＡＯは、縦方向、横方向ともに０．２に変換される。換言すると、ＮＡの相違に応じてビームの出射位置をオフセットさせることによって、縦方向と横方向で非対称にＮＡＯを変化させることができる。これにより、光結合損失を抑制して、屈折率差が非等方の光導波路４Ａからの出射光を、屈折率差が等方性の光ファイバ４Ｂに効率的に結合することができる。

図７は、図６の動作原理を説明する図である。図７では図示と説明の簡便のために、十分に薄いレンズ１５を用い、レンズ１５を空気層で取り囲んだモデルを考える。もっとも基本的な原理はどのようなレンズ系を用いても変わらない。図７では便宜上、ＮＡが高い方向のビーム６とＮＡが低い方向のビーム７を同じ平面上に描いているが、実際は、ビーム６とビーム７は互いに直交する面内に出射する。

まず、ＮＡが低い方向のビーム７について考える。導波路４Ａの出射端からレンズ１５までの距離をＬ１、レンズ１５からファイバ４Ｂまでの距離をＬ２とすると、レンズ系の倍率Ｍ１はM1=L2/L1で表される。レンズ１５を出射したビーム７のＮＡＯをＮＡＯ_out、レンズ１５に入射するビーム７のＮＡＯをＮＡＯ_inとすると、ＮＡＯ_outは式（４）で近似される。

次に、ＮＡが高い方のビーム６について考える。導波路からレンズ１５までの距離をＬ１'、レンズ１５からファイバ４Ｂまでの距離をＬ２とすると、レンズ系の倍率Ｍ２はM2=L2/L1'で表される。レンズ１５を出射したビーム６のＮＡＯをＮＡＯ_out、レンズ１５に入射するビーム６のＮＡＯをNAO'_inとすると、NAO'_outは式（５）で近似される。

ここで、NAO'_in＞NAO_in であり、非等方な関係にある。NAO'_out＝NAO_outを満たすようにＬ１'、Ｌ１（Ｌ１'＜Ｌ１）を適切な値に設計することで、オフセット量ｄが決まってくる。これにより、レンズ１５からファイバ４Ｂに出射するビームの角度を等方的にすることができる。

図８は、図６の光伝送路１で使用される実施例１の光コネクタ１０の概略図である。図８（Ａ）は上面図、図８（Ｂ）は相手側導波路との接続面となる前面図である。実施例１の光コネクタ１０は、光導波路１１と、光導波路１１を保持するフェルール２０を含む。光導波路１１は、たとえばポリマー導波路であり、コア１１ａとクラッド１１ｂの屈折率差が非等方である。フェルール２０は、光導波路１１の出射端１１ｃに対応する位置にレンズアレイ２５Ａを有する。実施例１の光コネクタ１０では、フェルール２０の構造を工夫することで、ポリマー導波路１１の出射端１１ｃから出射するビームの出射位置を、ＮＡの大きい方向と、ＮＡの小さい方向とで異ならせる。

図９は、フェルール２０の構成例を示す図である。図９（Ａ）〜図９（Ｃ）に示すように、フェルール２０は、高屈折率材料で形成された第１部材２２と、第１部材２２よりも低い屈折率の低屈折率部材で形成された第２部材２１を含む。第１部材２２は、レンズ２５と突起２２ａを有する。第２部材２１は、ポリマー導波路１１を受け取るスリット２３と、突起２２ａを受け取るスリット２４を有する。

高屈折率の第１部材２２は、透明な材料で形成されている。低屈折率の第２部材２１は必ずしも透明でなくてもよいがクラッドとして作用し、クラッドに漏れこむ光も存在するので透明であるのが望ましい。高屈折率の突起２２ａを、低屈折率の第２部材２１のスリット２４に嵌合することで、コアとクラッドのようにＹ方向（高さ方向）にだけ光の閉じ込めが可能な導波路が形成される。

図１０は、組立後の光コネクタ１０を示す。高屈折率の第１部材２２と低屈折率の第２部材２１が嵌合され、ポリマー導波路１１が挿入されている。図１０（Ａ）は図９（Ｂ）のＡ−Ａ'断面図（水平断面図）、図１０（Ｂ）は図９（Ｂ）のＢ−Ｂ'断面図（垂直断面図）である。屈折率差が非等方のポリマー導波路１１では、たとえばコア１１ａの屈折率は1.53、縦方向（Ｙ方向）でコア１１ａを挟み込むクラッド２４の屈折率は1.5、横方（Ｘ方向）でコア１１ａを挟み込む側方クラッド１１ｂの屈折率は1.515である。屈折率差は縦方向で大きくなっている。具体的には、縦方向でＮＡ＝０．３２、横方向ではＮＡ＝０．２４である。

図１０（Ａ）に示すように、水平（Ｘ）方向でみたときは、非等方光導波路１１の端面１１ｃは、全体として高屈折率材料の突起２２ａに当接し、水平方向のビームＬ_Hの出射位置はＥ1点となる。他方、図１０（Ｂ）に示すように垂直（Ｙ）方向では、高屈折率の突起２２ａが低屈折率の第２部材２１に挟まれて、延長導波路２７を形成している。したがって、コア１１ａを出た縦方向のビームＬ_Vは、全反射を繰り返したまま延長導波路２７を伝搬しＥ2点から出射する。ビームＬ_Vの出射位置Ｅ2は、ビームＬ_Hの出射位置Ｅ1に比べて、距離ｄだけレンズ２５に近くなる。この例では、ｄ＝５０μｍである。フェルール２０の第1部材２２は、突起２２ａの突出量が５０μｍとなるように加工されている。

伝搬損失を抑制するためには、ポリマー導波路１１のコア１１ａの屈折率は、フェルール２０の高屈折率材料の屈折率に近いのが望ましく、クラッド１１ｂの屈折率はフェルール２０の低屈折率材料の屈折率に近いのが望ましい。

このように、実施例１では、フェルール２０の構造を工夫することにより、非等方光導波路１１からＮＡの大きい第１方向に出射する光Ｌ_Vの出射位置Ｅ2を、ＮＡの小さい第２方向に出射する光Ｌ_Hの出射位置Ｅ1よりも、レンズ２５に近づけた。なお、ポリマー導波路１１の横方向の屈折率が縦方向の屈折率よりも大きい場合は、横方向のビームの出射位置をレンズ２５に近づける。この場合、図９（Ａ）の突起２２ａを縦方向（Ｙ方向）に延びるように形成すればよい。

（変形例１）
図１１は、実施例１の変形例１の光伝送路３１の概略図である。変形例１でも、屈折率差が非等方の第１の光導波路（たとえばポリマー導波路）４Ａと、屈折率差が等方性の第２の光導波路（たとえば光ファイバ）４Ｂとを、レンズ３５を介して接続する。図６の光伝送路１との相違点は、屈折率差が等方性の光ファイバ４Ｂからの出射光を、レンズ３５で集光またはコリメートして、非等方性のポリマー導波路４Ａに光結合させる点にある。この場合、接続相手の非等方光導波路４Ａにおいて、ＮＡが低い方向となるビーム３７の出射位置を、レンズ３５に近い側にオフセットさせる。

この結果、たとえば光ファイバ４Ｂの出射光のうち、相手側の非等方光導波路４ＡでＮＡが低くなる方向（横方向；NA=0.24）のビーム３７のＮＡＯの変換率を小さくし、相手側の非等方光導波路４ＡでＮＡが高くなる方向（縦方向；NA=0.32）のビーム３６のＮＡＯの変換率を大きくして、効率的な光結合を実現する。特に、伝送方向が非等方光導波路４Ａから光ファイバ４Ｂの場合に、結合損失の抑制効果が大きい。

図１２は、図１１の動作原理を説明する図である。図１２では図示と説明の簡便のために、十分に薄いレンズ３５を用い、レンズ３５を空気層で取り囲んだモデルを考える。もっとも基本的な原理はどのようなレンズ系を用いても変わらない。図１２では便宜上、相手側の非等方光導波路４ＡにおいてＮＡが高くなる方向のビーム３６とＮＡが低くなる方向のビーム３７を同じ平面上に描いているが、実際は、ビーム３６とビーム３７は互いに直交する面内に出射するものである。

まず、相手側の非等方光導波路４ＡにおいてＮＡが高くなる方向のビーム３６について考える。光ファイバ４Ｂの出射端からレンズ３５までの距離をＬ１、レンズ３５から非等方光導波路４Ａまでの距離をＬ２とすると、レンズ系の倍率Ｍ１はM1=L2/L1で表される。レンズ３５を出射したビーム３６のＮＡＯをＮＡＯ_out、レンズ３５に入射するビーム３６のＮＡＯをＮＡＯ_inとすると、ＮＡＯ_outは式（６）で近似される。

次に、相手側の非等方光導波路４ＡにおいてＮＡが低くなる方向のビーム３７について考える。光ファイバ４Ｂからの出射位置からレンズ３５までの距離をＬ１'、レンズ３５から非等方光導波路４Ａまでの距離をＬ２とすると、レンズ系の倍率Ｍ２はM2=L2/L1'で表される。レンズ３５を出射したビーム３７のＮＡＯをＮＡＯ_out、レンズ３５に入射するビーム３７のＮＡＯをNAO'_inとすると、NAO'_outは式（７）で近似される。

ここで、NAO'_in＝NAO_in となり等方な関係にある。Ｌ１'＜Ｌ１で適切な値に設計することで、NAO'_out＜NAO_outの非等方な導波路４Ａにマッチする出射ビームに変換することができる。

図１３は、図１１の光伝送路３１で使用される変形例１のフェルール４０の概略図である。図１３（Ａ）〜図１３（Ｄ）に示すように、フェルール４０は、高屈折率材料で形成された第１部材４２と、第１部材４２よりも低い屈折率の低屈折率部材で形成された第２部材４１を含む。第１部材４２は、レンズ４５と突起４２ａを有する。複数のレンズ４５はレンズアレイ４５Ａを構成する。第２部材４１は、光ファイバ３０を受け取る挿入穴４３と、突起４２ａを受け取るスリット２４を有する。挿入穴４３の底面４３aが光ファイバ３０の配置面となる。

図９及び１０の例と同様に、高屈折率の第１部材４２の突起４２ａが、低屈折率の第２部材４１のスリット４４に嵌合することで、あたかもコアとクラッドのようにＹ方向（高さ方向）にだけ光の閉じ込めが可能な延長導波路４７が形成される。ここで、相手側の非等方導波路でＮＡが低くなる方向（図１３（Ｃ）のＹ方向）のビームの出射位置がＥ2点までレンズ４５側にオフセットされる。他方、相手側の非等方導波路でＮＡが高くなる方向（図１３（Ｄ）のＸ方向）のビームの出射位置はＥ1点である。

このように、屈折率差が等方性の光ファイバ４Ａにレンズを適用した場合にも、光損失を抑制して、非等方光導波路４Ｂへと効率的に光伝搬させることができる。

（変形例２）
図１４は、実施例１の変形例２の光伝送路５１の概略図である。変形例２では、光伝送路を相手側のコネクタがレンズコネクタである場合の適用例を提供する。光伝送路５１では、屈折率差が非等方の第１の光導波路（たとえばポリマー導波路）４Ａと、屈折率差が等方性の第２の光導波路（たとえば光ファイバ）４Ｂを、レンズ１５、３５を介して光接続する。この場合、レンズ１５は集光レンズではなく、コリメートレンズとなる。

図１４の例では、非等方光導波路４Ａの側でのみ、ＮＡ（すなわち屈折率差）が高い方向のビーム６の出射位置Ｅ2を、ＮＡが低い方向のビーム７の出射位置Ｅ1よりもレンズ１５に近い位置にオフセットさせている。これを実現するための具体的な構成は、図９及び１０に示したとおりである。これにより、屈折率差の大きい縦方向（導波路保持面に対して垂直方向）で、ＮＡＯの変換率を大きくして、最終的に光ファイバ４Ｂに入射するビームの屈折率差を、全方向で等方にしている。

図１４の構成に代えて、光ファイバ４Ｂの側で、相手側の非等方光導波路４ＡにおけるＮＡの相違に応じて出射位置を異ならせた構成としてもよい。この場合は、図１２及び図１３の構成を採用すればよい。さらに、非等方光導波路４Ａと光ファイバ４Ｂの双方でビーム出射位置をオフセットさせる構成を採用してもよい。

図１５は、実施例２の光コネクタで用いる光導波路６０の概略図である。実施例１では光コネクタのフェルール（保持部）に、ビーム出射位置をオフセットさせる構造を作り込んだ。実施例２では、光導波路にビーム出射位置のオフセット構造を作り込む。

光導波路６０は、コア６３と、縦方向（導波路保持面に対して垂直方向）にコア６３を被覆する下部クラッド６１及び上部クラッド６４と、横方向（導波路保持面に対して水平方向）にコア６３を被覆する側方クラッド６２を含む。

コア６３の屈折率をｎ1、側方クラッド６２の屈折率をｎ2、下部クラッド６１及び上部クラッド６４の屈折率をｎ3とする。これらの屈折率は、ｎ1＞ｎ2＞ｎ3の関係を満たす。コア６３の出射端６３ａは、側方クラッド６２で覆われる。すなわち、コア６３の出射端６３ａは光導波路６０の端面６９から距離ｄだけ後退して位置する。横方向（水平断面）のビームの出射位置Ｅ1は、コアの出射端６３ａと一致する。他方、縦方向（垂直断面）では、屈折率ｎ2の側方クラッド６２が、距離ｄだけ下部クラッド６１と上部クラッド６４（ともに屈折率ｎ1）に挟まれて光閉じ込め構造を形成する。この光閉じ込め構造は延長導波路６７を形成し、光の伝搬が継続する。この結果、縦方向のビームの出射位置Ｅ２は、距離ｄだけレンズ側（図１６参照）に近付く。これにより屈折率差の異なる縦方向と横方向でビームの出射位置をオフセットさせることができる。

図１６に示すように、図１５の構成を有する光導波路６０を、レンズ７５付きのフェルール７２のスリット６８に挿入して、光コネクタ７０を構成する。この構成では、フェルール７２の形状、構成を変える必要がない。光導波路６０をスリット６８に挿入し、光導波路６０の端面６９をスリット６８の底面６８ａに当接させることで、光導波路保持面６８ｂに対して垂直方向（Ｙ方向）のビームと、水平方向（Ｘ方向）のビームで、その出射位置をオフセットすることができる。

図１７は、実施例２の光コネクタ７０の外観図である。図１７（Ａ）は上面図、図１７（Ｂ）は相手方コネクタとの接続面となる前面図、図１７（Ｃ）は、側面図である。サークルＡで示すように、コア端面６３ａは、光導波路６０の挿入端６９より挿入方向に後退して位置する。コア端面６３ａは、側方クラッド６２で被覆されている。側方クラッド６２の屈折率ｎ2は、コア６３の屈折率ｎ1よりは小さいが、上下クラッド６１、６４の屈折率ｎ3より大きい。上下クラッド６１、６４と、側方クラッド６２で延長導波路６７を形成している。これにより、コアとクラッドの屈折率差すなわちＮＡが大きい方向のビームの出射位置を、レンズ７５に近づけることができる。

光導波路６０を挿入するスリット６８は２段、あるいはそれ以上にしてもよい。図１７では、１段当たり１２チャンネルの光導波路６０をアセンブリする例を示しているが、この例に限定されない。また、光導波路６０を保持するフェルール７２に、スリット６８と通じる空気穴７６を設けてもよい。空気孔７６は、光導波路６０を挿入し仮固定して接着剤を注入する際に、接着剤の導入を容易にする。接着剤を硬化させることによってアセンブルが完了する。

なお、図１５〜図１７では、非等方光導波路６０の先端部で出射位置を異ならせる構成を図示したが、図１（Ａ）に示す等方光導波路の先端部で、出射位置を異ならせることも可能である。すなわち、図１（Ａ）のコアの出射端を導波路の端面から後退させ、コアの屈折率よりも小さくクラッドの屈折率よりも大きな屈折率を有する光透過性部材でコア出射端を被覆する。そして、接続相手となる非等方光導波路において屈折率差（ＮＡ）が小さくなる方向にのみさらに光を閉じ込める延長導波路を設ける。この場合は、図１１の構成がファイバ４Ｂにより実現される。

また、非等方光導波路と等方光導波路をコネクタで光学的に接続した実施例について説明したが、非等方光導波路と非等方光導波路をコネクタで光学的に接続した実施例についても、光導波路の出射端の位置を少なくともいずれかの非等方光導波路で異ならせることで適用することができる。

図１８は、実施例１又は実施例２の光伝送路を適用した光モジュール１００の概略図である。光モジュール１００は、たとえばサーバボードとバックプレーンとの間の光接続に適している。光モジュール１００は、一例としてポリマー導波路１１２を用いた光コネクタ１１０を含む。ポリマー導波路１１２はレンズ（図１８では不図示）を有する保持部１１１に保持され、光ファイバ１２２に光結合される。

ポリマー導波路１１２は、上述のように、屈折率差が非等方である。そのため、光コネクタ１１０では、実施例１のようにフェルールに出射位置オフセット構造が形成されているか、あるいは実施例２のように、ポリマー導波路１１２に出射位置オフセット構造が設けられている。これにより、屈折率が等方性の光ファイバ１２２と低損失で結合することができる。

光モジュール１００は、フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）１０２上にフェイスダウン実装された複数の素子１０３−１０６を有する。ＦＰＣ１０２は、ポリイミド等の薄くて透明な材料を用いる。これにより、高周波の電気信号の損失を抑制する。実装された素子は、たとえば電気信号を光信号に変換するための発光素子駆動ＩＣ１０３と、発光素子１０４を含む。また、光信号を電気信号に変換するための受光素子１０６と、受光素子１０６からの電流を電圧に変換するＴＩＡ（trans-impedance amplifier）１０５を含む。発光素子１０４としてＶＣＳＥＬ（vertical cavity semiconductor emission laser）アレイ、受光素子１０６としてＰＤ（photo diode）アレイを利用してもよい。ＦＰＣ１０２の下側に、透明材料で構成される図示しないレンズシートが接着層を介して貼り付けられ、レンズシートの下側にポリマー導波路１１２が配置されている。この光モジュール１００により、安価なポリマー導波路と、バックプレーンへつながる光ファイバとの結合損失を抑制することができる。

本発明は、シングルモードの光導波路にも、マルチモードも光導波路にも適用可能であるが、コア径の大きいマルチモードの光導波路や光ファイバで特に効果を発揮する。シングルモードの光導波路を考えると、光源は点光源と考えることができる。図６のように出射位置オフセット構造でＮＡＯを変換した場合、出射位置をレンズ側にずらした方のビームの径がわずかに広がる。このビーム径の変化が光結合に若干影響することもあり得る。他方、マルチモードの光導波路の場合はコア径が大きく多様な点を光源として含むので、出射位置オフセット構造を用いてもビーム径の変化量は無視できるからである。また、ポリマー導波路と光ファイバとの光結合に限らず、互いにＮＡ特性が異なるポリマー導波路同士の光結合にも適用できる。

以上の説明に対し、以下の付記を提示する。
（付記１）
コアとクラッドを備える第１及び第２の光導波路と、
前記第１の光導波路と前記第２の光導波路を、レンズを介して光学的に接続するコネクタと、
を含み、
前記第１の光導波路と、前記第２の光導波路の少なくとも一方が、第１の方向におけるコアとクラッドの屈折率差と、第２の方向におけるコアとクラッドの屈折率差が異なり、
前記第１の光導波路と、前記第２の光導波路の少なくとも一方において、第１の方向における屈折率差が等しくなる第１の出射位置と、第２の方向における屈折率差が等しくなる第２の出射位置とが、光軸上でオフセットして配置されていることを特徴とする光伝送路。
（付記２）
前記第１の方向における前記屈折率差を第１の屈折率差とし、前記第２の方向における前記屈折率差を第２の屈折率差とすると、前記第１の屈折率差は前記第２の屈折率差よりも大きく、
前記第１の光導波路の側で、前記第１の方向で出射する第１ビームの出射位置が、前記第２の方向で出射する第２ビームの出射位置よりも、前記レンズに近い位置に設定されていることを特徴とする付記１に記載の光伝送路。
（付記３）
前記第１の方向における前記屈折率さを第１の屈折率差とし、前記第２の方向における前記屈折率差を第２の屈折率差とすると、前記第１の屈折率差は前記第２の屈折率差よりも大きく、
前記第２の光導波路の側で、前記第１の光導波路において前記第２の屈折率となる方向に出射する第２ビームの出射位置が、前記第１の光導波路において前記第１の屈折率となる方向に出射する第１ビームの出射位置よりも、前記レンズに近い位置に設定されていることを特徴とする付記１に記載の光伝送路。
（付記４）
光導波路と、
前記光導波路からの光が入射するレンズと、
を備え、
前記光導波路から前記レンズに向かって出力されるビームにおいて、第１の方向において屈折率差が等しくなる第１の出射位置と、前記第１の方向と異なる第２の方向において屈折率差が等しくなる第２の出射位置とが、光軸に沿ってオフセットした位置に配置されていることを特徴とする光コネクタ。
（付記５）
前記光導波路は、コアとクラッドの屈折率差が前記第１の方向と前記第１の方向で異なる非等方光導波路であり、
前記第１の方向は前記非等方光導波路の屈折率差が大きい方向であり、前記第２の方向は前記屈折率差の小さい方向であり、前記第１の方向に出射する前記第１ビームの出射位置が、前記第２の方向に出射する前記第２ビームの出射位置よりも、前記レンズに近い位置にあることを特徴とする付記４に記載の光コネクタ。
（付記６）
前記光導波路は、コアとクラッドの屈折率差が等方的な等方光導波路であり、
前記第１の方向は、接続相手となる非等方光導波路においてコアとクラッドの屈折率差が小さい方向であり、前記第２の方向は、前記接続相手となる前記非等方光導波路において前記第１の方向よりも前記屈折率差の大きい方向であり、前記第１の方向に出射する前記第１ビームの出射位置が、前記第２の方向に出射する前記第２ビームの出射位置よりも、前記レンズに近い位置にあることを特徴とする付記４に記載の光コネクタ。
（付記７）
前記光導波路を保持し、前記レンズを有する保持部、
をさらに有し、
前記保持部は、前記光導波路を出射した光を、前記第１の方向にのみ閉じ込める延長導波路を有することを特徴とする付記４〜６のいずれか１に記載の光コネクタ。
（付記８）
前記保持部は、
前記レンズを含み、前記レンズの反対側に突起を有する高屈折率材料の第１部材と、
前記光導波路が挿入される第１スリット及び前記突起と嵌合する第２スリットを有する低屈折率材料の第２部材と
を有し、前記第１部材の突起が前記第２部材の第２スリットと嵌合して前記延長導波路を形成することを特徴とする付記７に記載の光コネクタ。
（付記９）
前記光導波路は、前記レンズと対向する先端部に、前記第１の方向にのみ光を閉じ込める延長導波路を有することを特徴とする付記４〜６のいずれか１に記載の光コネクタ。
（付記１０）
前記光導波路の前記先端に、前記コアの屈折率よりも小さく前記クラッドの屈折率よりも大きい屈折率の光透過性部材を配置し、前記光透過性部材と前記クラッドとで、前記第１の方向と前記第２の方向のいずれか一方にのみ前記コアを出射した光をさらに導波させる延長導波路を設けたことを特徴とする付記９に記載の光コネクタ。
（付記１１）
前記光導波路は、第１の屈性率ｎ1を有するコアと、第２の屈折率ｎ2を有し前記コアの側方を被覆する側方クラッドと、第３の屈折率ｎ3を有し前記コアを積層方向に挟み込む上下クラッドとを有し、前記第１の屈折率、前記第２の屈折率及び前記第３の屈折率は、ｎ1＞ｎ2＞ｎ3を満たすことを特徴とする付記９に記載の光コネクタ。
（付記１２）
１以上の光電変換素子と、
前記光電変換素子に光学的に接続される請求項１に記載の光伝送路と、
を含むことを特徴とする光モジュール。
（付記１３）
前記光電変換素子に、前記屈折率差が非等方性の前記第１の光導波路が光学的に接続され、
前記第１の光導波路は、前記コネクタを介して、前記屈折率差が等方性の前記第２の光導波路に接続されることを特徴とする付記１２に記載の光モジュール。

光インターコネクトを含む光伝送の分野に利用可能である。一例として、サーバーやハイエンドコンピュータシステムの高速伝送路に適用することができる。

１、３１、５１、１３１ 光伝送路
２Ａ、３Ａ、４Ａ、１１２ 非等方光導波路
２Ｂ、３Ｂ、４Ｂ、３０、１２２ 等方光導波路（ファイバ）
５、１５、２５、３５、４５、７５ レンズ
６ 屈折率差（ＮＡ）が大きい方向に出射するビーム
７ 屈折率差（ＮＡ）が小さい方向に出射するビーム
１０、７０ 光コネクタ
１１ 光導波路
１１ａ コア
１１ｂ クラッド
２０、４０、７２ フェルール（保持部）
２１、４１ 第２部材（低屈折率部材）
２２、４２ 第１部材（高屈折率部材）
２２ａ、４２ａ 突起
２３ 導波路用スリット
２４、４４ 突起用スリット
２７、４７、６７ 延長導波路
３６ 相手方において屈折率差（ＮＡ）が大きくなる方向に出射するビーム
３７ 相手方において屈折率差（ＮＡ）が小さくなる方向に出射するビーム
６０ 出射位置オフセット構造を有する光導波路
６１ 下部クラッド（屈折率ｎ2）
６２ 側方クラッド（屈折率ｎ3）
６３ コア（屈折率ｎ1）
６４ 上部クラッド（屈折率ｎ2）
１００ 光モジュール

Claims (10)

1. コアとクラッドを備える第１及び第２の光導波路と、
   前記第１の光導波路と前記第２の光導波路を、レンズを介して光学的に接続するコネクタと、
   を含み、
   前記第１の光導波路と、前記第２の光導波路の少なくとも一方が、第１の方向におけるコアとクラッドの屈折率差と、第２の方向におけるコアとクラッドの屈折率差が異なり、
   前記第１の光導波路と、前記第２の光導波路の少なくとも一方において、第１の方向における屈折率差が等しくなる第１の出射位置と、第２の方向における屈折率差が等しくなる第２の出射位置とが、光軸上でオフセットして配置されていることを特徴とする光伝送路。
2. 光導波路と、
   前記光導波路からの光が入射するレンズと、
   を備え、
   前記光導波路から前記レンズに向かって出力されるビームにおいて、第１の方向において屈折率差が等しくなる第１の出射位置と、前記第１の方向と異なる第２の方向において屈折率差が等しくなる第２の出射位置とが、光軸に沿ってオフセットした位置に配置されていることを特徴とする光コネクタ。
3. 前記光導波路は、コアとクラッドの屈折率差が前記第１の方向と前記第２の方向で異なる非等方光導波路であり、
   前記第１の方向は前記非等方光導波路の屈折率差が大きい方向であり、前記第２の方向は前記屈折率差の小さい方向であり、前記第１の方向に出射する前記第１ビームの出射位置が、前記第２の方向に出射する前記第２ビームの出射位置よりも、前記レンズに近い位置にあることを特徴とする請求項２に記載の光コネクタ。
4. 前記光導波路は、コアとクラッドの屈折率差が等方的な等方光導波路であり、
   前記第１の方向は、接続相手となる非等方光導波路においてコアとクラッドの屈折率差が小さい方向であり、前記第２の方向は、前記接続相手となる前記非等方光導波路において前記第１の方向よりも前記屈折率差の大きい方向であり、前記第１の方向に出射する前記第１ビームの出射位置が、前記第２の方向に出射する前記第２ビームの出射位置よりも、前記レンズに近い位置にあることを特徴とする請求項２に記載の光コネクタ。
5. 前記光導波路を保持し、前記レンズを有する保持部、
   をさらに有し、
   前記保持部は、前記光導波路を出射した光を、前記第１の方向にのみ閉じ込める延長導波路を有することを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の光コネクタ
6. 前記保持部は、
   前記レンズを含み、前記レンズの反対側に突起を有する高屈折率材料の第１部材と、
   前記光導波路が挿入される第１スリット及び前記突起と嵌合する第２スリットを有する低屈折率材料の第２部材と
   を有し、前記第１部材の突起が前記第２部材の第２スリットと嵌合して前記延長導波路を形成することを特徴とする請求項５に記載の光コネクタ。
7. 前記光導波路は、前記レンズと対向する先端部に、前記第１の方向にのみ光を閉じ込める延長導波路を有することを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の光コネクタ。
8. 前記光導波路の前記先端に、前記コアの屈折率よりも小さく前記クラッドの屈折率よりも大きい屈折率の光透過性部材を配置し、前記光透過性部材と前記クラッドとで、前記第１の方向と前記第２の方向のいずれか一方にのみ前記コアを出射した光をさらに導波させる延長導波路を設けたことを特徴とする請求項７に記載の光コネクタ。
9. 前記光導波路は、第１の屈性率ｎ1を有するコアと、第２の屈折率ｎ2を有し前記コアの側方を被覆する側方クラッドと、第３の屈折率ｎ3を有し前記コアを積層方向に挟み込む上下クラッドとを有し、前記第１の屈折率、前記第２の屈折率及び前記第３の屈折率は、ｎ1＞ｎ2＞ｎ3を満たすことを特徴とする請求項７に記載の光コネクタ。
10. １以上の光電変換素子と、
    前記光電変換素子に光学的に接続される請求項１に記載の光伝送路と、
    を含むことを特徴とする光モジュール。

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