JP2015190991A - 光モジュール及びその製造方法 - Google Patents

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Daichi Sakai
大地 酒井
黒田 敏裕
Toshihiro Kuroda
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Abstract

【課題】光路上の異物の付着等を抑制でき、省スペースで光伝送路ケーブルを搭載でき、使用できる光信号の波長帯域が広く、低損失な光モジュールを提供する。【解決手段】コアパターンと、コアパターンを覆うクラッド層と、コアパターンの光軸上に形成された光路変換ミラー306と、コアパターンの光路変換ミラー306側と反対側に位置する受光及び/又は発光素子接続用端面307と、アライナーAとを有するミラー付き光導波路部3と、光伝送路1の少なくとも一方の端を保持し、かつ、アライナーAと位置合わせするためのアライナーBを有する光伝送路コネクタ部2と、を有し、ミラー付き光導波路部3と光伝送路コネクタ部2とが、光伝送路1の光軸とコアパターンの光軸とが光路変換ミラー306を介して、折れ曲がって光学的に結合するように、アライナーA及びアライナーBとで位置合わせされて接合された構造を有する光モジュール。【選択図】図1

Description

本発明は光モジュール及びその製造方法に関する。
一般的に光ファイバは、多量の情報の高速通信が可能であることから、家庭用、産業用の情報通信に広く利用されている。また、例えば自動車には、各種電装品(例えば、カーナビゲーションシステム等)が装備されているが、それらの電装品の光通信にも採用されている。また、光ファイバの端部に、光電変換部を設け、外部との信号の接続を電気的に行う光モジュール(例えばAOC;Active Optical Cable、HDMI;High−Definitionmultimedia Interface、USB;Universal Serial Bus 等)がある。このような光電変換部の構造としては、特許文献1及び特許文献2に開示されているように、受光素子及び/又は発光素子が電気的に電気配線板に接続され、該受光素子及び/又は発光素子が光学的に光ファイバと接続されている構造がある。
特許文献1では、電気配線板の一方の面に受発光素子が電気的に接続され、受発光素子の受発光面は、該電気配線板と反対の面に配置されて、それら上方に具備されたレンズ及び光路変換ミラーを介して光ファイバと光学的に接続している。
特許文献2では、電気配線の一方の面に受発光素子が電気的に接続され、受発光素子の受発光面は、該電気配線板側に配置され、光信号は、電気配線板に設けられた開口部を通してその上方に設けられたレンズ及び光路変換ミラーを介して光ファイバと光学的に接続している。
特開2010−122311号公報 特開2011−141478号公報
しかしながら、特許文献1では、受発光面とレンズとに光信号をコリメート又は集光するためのギャップが必要となり、光ファイバ端部と、光路変換ミラーとの間のレンズとの間にも上記と同様の理由でギャップを設ける必要があるため、それらの光路上に異物等が付着すると光損失の悪化が懸念された。また、レンズ及び光路変換ミラーからなる部材は、光ファイバと反対方向に筐体が張り出し、電気配線板の少なくとも一部を覆うこととなっており、光学素子を駆動するためのドライバICやそれらの放熱部材を取り付けるスペースが確保しにくい問題があった。さらに、レンズ及び光路変換ミラーからなる部材中を伝搬する光路が長いため、使用できる光信号波長に制限がある場合もあった。また、レンズ及び光ファイバの端面が空気層との境界となるためフレネル反射による光損失も発生していた。特許文献2に記載の態様の場合も、上記と同様に光路上の異物等による光損失の悪化の懸念や、使用できる光信号波長の制限、フレネル反射による光損失の悪化が懸念された。
本発明は、上記問題の解決を鑑みたものであり、光路上の異物の付着等を抑制でき、省スペースで光ファイバ(光伝送路)ケーブルを搭載でき、光信号の波長帯域が広く、低損失な光モジュールを提供することを目的とする。
本発明者らは上記の課題を解決するために鋭意研究した結果、特定の構造を有するミラー付き光導波路部と、特定の構造を有する光伝送路コネクタ部と、光伝送路ケーブルとを有し、前記光伝送路ケーブルと前記光導波路部とが、前記ミラーを介して略90°に光学的に結合する、特定の構造を有する光モジュールとすることで、上記課題を解決し得ることを見出し、完成したものである。
すなわち、本発明は次の各項に関する。
(1)コアパターンと、前記コアパターンを覆うクラッド層と、前記コアパターンの光軸上に形成された光路変換ミラーと、前記コアパターンの前記光路変換ミラー側と反対側に位置する受光及び/又は発光素子接続用端面と、アライナーAとを有するミラー付き光導波路部と、
光伝送路の少なくとも一方の端を保持し、かつ、前記アライナーAと位置合わせするためのアライナーBを有する光伝送路コネクタ部と、を有し、
前記ミラー付き光導波路部と前記光伝送路コネクタ部とが、前記光伝送路の光軸と前記コアパターンの光軸とが前記光路変換ミラーを介して折れ曲がって光学的に結合するように、前記アライナーA及び前記アライナーBとで位置合わせされて接合された構造を有する光モジュール。
(2)前記ミラー付き光導波路部の前記光伝送路コネクタ部との接合面と反対の面に、前記ミラー付き光導波路部を固定する押さえ治具部をさらに有する(1)に記載の光モジュール。
(3)前記ミラー付き光導波路部の、受光及び/又は発光素子接続用端面が、隣接する光伝送コネクタ部部の面と同一平面か突出した構造である(1)又は(2)に記載の光モジュール。
(4)前記ミラー付き光導波路部のコアパターンの断面積が、前記光路変換ミラー側から受光及び/又は発光素子接続用端面側への方向に、拡大又は縮小する(1)〜(3)のいずれかに記載の光モジュール。
(5)前記ミラー付き光導波路部において、前記光伝送路コネクタ部との光路変換ミラー直下の接地面が、光伝送路の光軸垂直方向に対して傾斜している(1)〜(4)のいずれかに記載の光モジュール。
(6)前記ミラー付き光導波路部において、コアパターンが湾曲している(1)〜(5)のいずれかに記載の光モジュール。
(7)前記ミラー付き光導波路部において、光路変換ミラーの近傍のコアパターンの位置が、受光及び又は発光素子接続用端面のコアパターンの位置よりも光伝送路コネクタ側にある(1)〜(6)のいずれかに記載の光モジュール。
(8)前記ミラー付き光導波路部がフィルム状である(1)〜(7)のいずれかに記載の光モジュール。
(9)前記ミラー付き光導波路部において、前記受光及び/又は発光素子側の端面の厚みが、65μm以上500μm以下である(1)〜(8)のいずれかに記載の光モジュール。
(10)前記ミラー付き光導波路部において、コアパターンは、その光軸方向に対して垂直方向でかつ光伝送路の光軸方向に対しても略垂直方向の幅が、前記光路変換ミラー部分の幅よりも前記受光及び/又は発光素子側の端面の幅が小さい(1)〜(9)のいずれかに記載の光モジュール。
(11)前記光路変換ミラーがコアパターンの光軸上に形成された傾斜面であって、隣接するコアパターンの傾斜面とは不連続である(1)〜(10)のいずれかに記載の光モジュール。
(12)前記ミラー付き光導波路部が、基板と、その一方の面上に形成されたクラッド層及びコアパターンと、他方の面上に形成され、前記クラッド層又はコアパターンと同一屈折率の樹脂層と、を有するものである(1)〜(11)のいずれかに記載の光モジュール。
(13)前記ミラー付き光導波路部と前記光伝送路コネクタ部とは、前記光路変換ミラーの位置において前記コネクタ部の前記光伝送路の端面と接触するものである(1)〜(12)のいずれかに記載の光モジュール。
(14)前記光コネクタ部における光伝送路の先端面が、非研磨面であって、前記光伝送路の先端の凹凸の一部が、前記ミラー付き光導波路部に埋没されてなる(1)〜(13)のいずれかに記載の光モジュール。
(15)さらに、受光及び/又は発光素子を有する電気配線板を含み、前記ミラー付き光導波路部における受光及び/又は発光素子接続用端面と、前記受光及び/又は発光素子の受発光面が、光学的に接続するように、前記電気配線板に前記ミラー付き光導波路部及び前記光伝送路コネクタ部が搭載されてなる(1)〜(14)のいずれかに及び/又は記載の光モジュール。
(16)前記受光及び/又は発光素子が電気配線板の前記ミラー付き光導波路部側に搭載されてなる(15)に記載の光モジュール。
(17)前記受光及び/又は発光素子がワイヤーボンディングで電気配線板に接続されており、前記ミラー付き光導波路部の受光及び/又は発光素子接続用端面が、前記ワイヤーボンディングのワイヤーの最上部よりも前記受光及び/又は発光素子側に位置する(15)または(16)に記載の光モジュール。
(18)前記受光及び/又は発光素子が電気配線板の前記ミラー付き光導波路部側とは反対側に搭載されており、前記受光及び/又は発光素子の受発光面は前記ミラー付き光導波路部側にある(15)に記載の光モジュール。
(19)前記電気配線板が開口部を有し、前記開口部内に前記ミラー付き光導波路部の受光及び/又は発光素子接続用端面が配置されてなる(15)〜(18)のいずれかに記載の光モジュール。
(20)前記光伝送路コネクタ部及び/又は前記押さえ治具部がアライナーCをさらに有し、前記電気配線板がアライナーDをさらに有し、前記アライナーC及び前記アライナーDとで位置合わせされて接合されてなる(15)〜(19)のいずれかに記載の光モジュール。
(21)前記ミラー付き光導波路部が前記光路変換ミラーと位置の相関が確保された傾斜面からなるアライナーEをさらに有し、前記押さえ治具部がアライナーFを有し、前記ミラー付き光導波路部と前記押さえ治具部とがアライナーEと前記アライナーFとで位置合わせされて接合される(15)〜(20)のいずれかに記載の光モジュール。
(22)前記光モジュールにおける前記ミラー付き光導波路部の受光及び/又は発光素子接続用端面と、電気配線基板における前記受光及び/又は発光素子とが、透明樹脂によって封止されてなる(15)〜(21)のいずれかに記載の光モジュール。
(23)光伝送路を光伝送用コネクタ部に搭載する工程A、
コアパターンと、前記コアパターンを覆うクラッド層と、前記コアパターンの光軸上に形成された光路変換ミラーを有するミラー付き光導波路部と、前記光伝送路コネクタ部とが、前記光伝送路の光軸と前記コアパターンの光軸とが前記光路変換ミラーを介して折れ曲がって光学的に接合する工程B、
前記工程Bの後に、前記光伝送路コネクタ部及び前記ミラー付き光導波路部を、受光及び/又は発光素子を有する電気配線板に接合する工程Cを有する光モジュールの製造方法。
(24)前記工程Bが、ミラー付き光導波路部に具備されたアライナーAと前記光伝送路コネクタ部に具備されたアライナーBとを位置合わせすることで接合する(23)に記載の光モジュールの製造方法。
(25)前記工程Bと工程Cの間に、前記ミラー付き光導波路部の前記光伝送路コネクタ部との接合面と反対の面に、前記ミラー付き光導波路部を、押さえ治具部により固定する工程Dを有する(23)又は(24)に記載の光モジュールの製造方法。
(26)前記工程Cが、光伝送路コネクタ部及び/又は前記押さえ治具部に具備されたアライナーCと前記電気配線板に具備されたアライナーDとを位置合わせして接合する(25)に記載の光モジュールの製造方法。
本発明の光モジュールは、光路上の異物の付着等を抑制でき、省スペースで光ファイバ(光伝送路)ケーブルを搭載でき、使用する光信号の波長帯域が広く、低損失なものである。
本発明の第1の実施の態様の一例を示す光モジュールの断面図である。 本発明の第2の実施の態様の一例を示す光モジュールの断面図である。 本発明の第2の実施の態様の別の一例を示す光モジュールの断面図である。 本発明の光モジュールに用いられるミラー付き光導波路の断面図である。 本発明の光モジュールに用いられるミラー付き光導波路の平面図である。 本発明の光モジュールに用いられる押さえ治具の平面図である。 本発明の第1の実施の態様の一例を示す光モジュールの組み立て途中の斜視図である。 本発明の第2の実施の態様の一例を示す光モジュールの組み立て途中の斜視図である。
本発明の光モジュールは、ミラー付き光導波路部3と、光伝送路コネクタ部2とを有する。
ミラー付き光導波路部3の一例の断面図を図4、平面図を図5に示す。これらの図面に示されるように、ミラー付き光導波路部3は、コアパターン303と、前記コアパターン303を覆うクラッド層302及び305と、前記コアパターン303の光軸上に形成された光路変換ミラー306と、前記コアパターンの前記光路変換ミラー側と反対方向に位置する受光及び/又は発光素子接続端面307と、アライナーA308を有する。
光伝送路コネクタ部2は、前記光伝送路1の少なくとも一方端に具備され、光伝送路1を保持する。また、光伝送路コネクタ部2は、前記アライナーA308と位置合わせするために、アライナーB201を有する。光伝送路1は光伝送路コネクタ部2に保持される。前記ミラー付き光導波路部3と前記光伝送路1を保持する光伝送路コネクタ部2とが、前記アライナーA308及び前記アライナーB201とで位置合わせされて接合される。前記光伝送路1の光軸と前記コアパターン303の光軸とが、前記光路変換ミラー306を介して折れ曲がって光学的に結合する。本発明において、前記折れ曲がる角度としては、30°以上150°以下が好ましく、45°以上150°以下がより好ましく、省スペース及び結合損失の観点から80°以上150°以下がさらに好ましく、90°以上150°以下が特に好ましい。これにより、アライナーA308付きのミラー付き光導波路部3をアライナーB201付きの光伝送路コネクタ部2に保持された光伝送路1と位置合わせして接合するだけで簡易にミラー付き光導波路部3のコアパターン303の光軸と、光伝送路1の光軸とが、ミラー付き光導波路部3に設けられた光路変換ミラー306を介して所望の角度にて折れ曲がって光学的に結合出来るため、作業性よく光モジュールの組み立てが可能となる。
また、本発明における光伝送路1とは、光信号を伝搬する機能を有する配線(コア)を備えた光学部材であればよく、光ファイバ、光導波路、シリコンフォトニクス基板等が用いられる。長距離の光伝送が可能で、取り扱い性に優れた光ファイバが最も好適である。
また、アライナーAとアライナーBの形状は、互いに位置合わせされて接合できる構造であれば特に制限はなく、例えば図面に示されるような孔同士(308と201)であってこれらに嵌合できる棒状突起8で接合できるようなものがあるが、その他にも一方のアライナーが突起で他方のアライナーがそれが嵌合できる孔であるなど、特に制限はない。中でも、アライナーAとアライナーBとを嵌合手段によって、光伝送路1の光軸上にミラー付き光導波路部3の光路変換ミラー306とが位置合わせされると効率良く組み立てられるため最も好ましく、光伝送路1の略光軸方向にミラー付き光導波路部3と光伝送路コネクタ部2とを近接させていき、接合しうるような形状のアライナーAとアライナーBであると、ミラー付き光導波路3における光伝送路1の光軸上の接合面を傷つけることなく組み立てが可能であるため良好な光損失が得られるため好ましい。
また、ミラー付き光導波路部3のコアパターン303の光軸方向をおおよそ縦方向(光伝送路1の光軸方向を横とした場合)に配置することによって、光伝送路1の端面からその光軸方向に張り出す筐体(ミラー付き光導波路部3に対して光伝送路1側と反対方向の筐体)の大きさを小さくでき、光モジュールのサイズを小さくできる。このため、例えば各種受発光素子5を駆動させるドライバICや、放熱部品等の実装スペースを確保しやすい利点がある。
また、ミラー付き光導波路部3のコアパターン303の長さを適宜調節することによって、より短距離で受光及び/又は発光素子5とミラー付き光導波路部の端面(受光及び/又は発光素子接続用端面)307間の距離を短くすることができる。このため低損失で受光及び/又は発光素子(以下、受発光素子と省略する)5と光伝送路1との結合が可能となる。さらに製造上の利点としては、コアパターン303の光路長が短くできるため該コアパターン303の欠損による歩留まりの低下を抑制できる。
また、光伝送路コネクタ部2の厚み(図1及び2においては、ミラー付き光導波路部3のコアパターン303の光軸方向と平行方向の厚み)が厚くとも、アライナーA308及びアライナーB201で位置合わせされて接合されるため、ミラー付き光導波路部3の端面307と受発光素子5との位置ズレは低減され、さらに光伝送路コネクタ部2を低背化するにしたがって、その位置ズレ精度をより低減することができる。
さらに、ミラー付き光導波路部3のコアパターン303及び/又はクラッド層をポリマー等の有機材料で形成すると、一般的にポリマーを構成するCH基等の各種伸縮振動及びそれらのオーバートーンやコンビネーションバンドの吸収の影響のため、1.0μm〜1.7μm帯の透過率が低くなる傾向にあるが、本光モジュールは、ミラー付き光導波路部3の光路長(コアパターン長)を短くできるため上記の波長帯域の透過損失をも低減できる。上記の観点から本発明に用いられる光信号の波長は、紫外光・可視光・赤外光等であればよく、850nm、1050nm、1310nm、1550nm付近等の一般的に通信用に用いられる波長を用いることができる。このときのミラー付き光導波路部3のコアパターン303の単位長あたりの材料損失は、10dB/cm以下であればよく、5dB/cmであるとさらによく、3.5dB/cm以下であると特に好ましい。ただし、材料損失が大きい場合には、適宜コアパターン303の長さを短く(光伝送路コネクタ部2の厚みも低減させる)し、光の伝搬に支障の無い範囲にすればよい。
本発明の光モジュールには、ミラー付き光導波路部3の光伝送路コネクタ部2との接合面と反対の面に、前記ミラー付き光導波路部3を押さえて固定する押さえ治具部6を有することが好ましい。これにより、ミラー付き光導波路部3の形状や位置を一定に保持することができる。また、押さえ治具部6には、アライナーB201及びアライナA308と位置合わせされるアライナーA’602をさらに有することが好ましく、これにより、光伝送路コネクタ部2と一定の位置を確保して押さえ治具部6を配置できる。
さらには、後述するようにアライナーE309及びアライナーF601を利用して光伝送路コネクタ部2とミラー付き光導波路部3とのさらなる高精度な位置合わせを可能とすることができる。この場合、ミラー付き光導波路部3と押さえ治具部6を一体の筐体とみなし、押さえ治具部6一体のミラー付き光導波路部3のアライナーA’602と光伝送路コネクタ部2のアライナーB201との位置合わせが行われるとみなすこともできる。
本発明において、ミラー付き光導波路部3の受発光素子接続用端面307は、光伝送路コネクタ部2の底面205(ミラー付き光導波路部3と接する面と隣接する面のうち前記端面307側の面)と同一平面か、又は、光伝送路コネクタ部の底面205よりも突出していることが好ましい。ここで、同一平面又は突出しているとは、ミラー付き光導波路部3の「少なくとも一部」が同一平面又は突出していることを表すが、端面の全てが同一平面又は突出していることが好ましい。同一平面であると、ミラー付き光導波路部3に反り等があった場合にも、光伝送路コネクタ部2及び押さえ治具部6でその反りを矯正し、良好にミラー付き光導波路の端面307と受発光素子5の受発光面501とを位置合わせ出来る。
また、突出していると、後述する第1の実施の態様(図1)のように、ワイヤーボンディング502を避けてミラー付き光導波路部3の端面307を受発光素子5に近づけられるためより低損失な光モジュールを得ることが可能となる。また、後述する第2の実施の態様(図2、3)のように、電気配線板4に設けられた開口部402内にミラー付き光導波路部3の端面307を挿入して上記と同様に受発光素子5に近づけられるため低損失な光モジュールを得ることができる。上記の観点からミラー付き光導波路部3の端面307は、さらに押さえ治具部6の底面(ミラー付き光導波路部3と接する面と隣接する面のうちミラー付き光導波路部3の端面307側の面)と同一平面か押さえ治具部6の底面よりもミラー付き光導波路部3の端面307が突出していることが好ましい。
前記第1の実施の態様及び第2の実施の態様における受発光面501とミラー付き光導波路部3の端面307との距離は、光信号の伝搬に悪影響の出ない範囲であればよいが、できる限り小さいとミラー付き光導波路の端面307と受発光素子間の結合損失が低減できるため好ましい。上記の観点からその距離は0μm以上300μm以下であることが好ましく、0μm以上150μm以下であるとより結合損失を低減できるのでより好ましく、0μm以上100μm以下であるとさらに結合損失を低減できるのでさらに好ましい。
また、本発明に用いられるミラー付き光導波路部3のコアパターン303には、その断面積を光路変換ミラー306側から受発光素子端面側の方向に拡大又は縮小するスポット径変換機構を有していてもよい。これにより、光伝送路1のコア径と受発光素子の受発光部501の径との差や、光伝送路1の広がり角(N.A.)と受発光素子の広がり角の差がある場合に、コアパターン303の拡縮を用いて良好に低損失で結合することが可能となる。
また、本発明の光モジュールでは、ミラー付き光導波路部3において、光伝送路コネクタ部2との光路変換ミラー306直下の接地面が、光伝送路1の光軸垂直方向に対して傾斜していてもよい。この状態の一例は図3に示される。具体的には6〜10°程度傾斜させることによって、光伝送路1端面や光路変換ミラー306直下(光伝送路コネクタ部2側)の界面での光信号の反射を低減することができる。また、光路変換ミラー306からミラー付き光導波路部3の端面307側にかけて、光伝送路1から遠ざかるように傾斜しているとより好ましい。換言すると光路変換ミラー306の近傍のコアパターン303の位置が、ミラー付き光導波路部の受発光素子接続用端面307のコアパターン303の位置よりも光伝送路コネクタ部2側であるとよい。これにより、光路変換ミラー306の角度を緩やかにすることが可能となり、空気とコアパターン303との屈折率差を利用した空気反射型光路変換ミラー306の場合に、光路変換に伴う光損失の悪化を抑制できる。また、光伝送路コネクタ部2のミラー付き光導波路部3側の一部に傾斜面203を有し、該傾斜面203内に光伝送路1の端面(光伝送路1のクラッド及びコア部)を有しているとさらによい。この傾斜面203は、光伝送路1の端面と光伝送路コネクタ部2の一部を同時に研磨することによって形成できる。これにより、光伝送路1を光伝送路コネクタ部2に搭載した後に光伝送路1端面を平滑研磨する場合でも、該傾斜面203のみを研磨することができ、光伝送路コネクタ部2の一部(ミラー付き光導波路部3との接面の一部)は研磨せずに平面を保つことができる(非研磨面を有することができる)。該非研磨面をミラー付き光導波路部3の端面307側との接面とすることによって、ミラー付き光導波路部3の端面307と、アライナーC201との位置の相関を保つことが可能となる。
つまり、このときミラー付き光導波路部3は、光路変換ミラー306近傍は傾斜面203(研磨面)でミラー付き光導波路の端面307側は非研磨面となるように、コアパターン303が湾曲して固定されているとよい。
なお、光伝送路コネクタ部2の形状を傾斜面203と垂直面204を有する形状とする場合、ミラー付き光導波路部3の折れや曲げ半径の小さい曲げが発生し、光損失の悪化とならないように、適宜それらの接続点を面取りし、緩やかな曲率の湾曲として設けるとよい。
本発明において、ミラー付き光導波路部3はフィルム状の光導波路であることが好ましい。
また、ミラー付き光導波路部3の受発光素子側の端面の厚みは、65μm以上500μm以下であることが好ましい。これにより、第1の実施の態様の場合は、受発光素子に接続されるワイヤー502に干渉しにくく、さらに反り等の変形による受発光素子とミラー付き光導波路の端面307との位置ズレによる結合損失の悪化を抑制できる。また、第2の実施の態様の場合は、電気配線板4の開口部402が小さくてすむため、電気配線板4のねじれや反り等を抑制することができ、受発光素子とミラー付き光導波路の端面307との位置ズレによる結合損失の悪化を抑制できる。
また、本発明において、ミラー付き光導波路部3におけるコアパターン303は、その光軸方向に対して垂直方向でかつ光伝送路1の光軸方向に対しても垂直方向の幅が、光路変換ミラー306部分の幅よりも受発光素子側の端面307側の幅が小さくてもよい。これにより、第2の実施の態様における電気配線板4の開口部402を小さくすることができるため、電気配線板4のゆがみや反り等を抑制できる。第1の実施の態様の場合にも、受発光素子近傍に各種ICや放熱体を設けるスペースが確保しやすいため好ましい。このとき、アライナーA308は広い幅の部分に形成されているとよく、さらにアライナーA308は光路変換ミラー306近傍に設けられるとさらによい。これによりアライナーA308及びアライナーB201との位置合わせの際に多少のズレが発生してもミラー付き光導波路の端面307と受光及び/又は発光素子5の受発光面501との位置ズレを小さくすることができる。
本発明に用いられるミラー付き光導波路部3の光路変換ミラー306は、コアパターン303の光軸上に形成された傾斜面であって、コアパターン303が複数形成される場合、隣接するコアパターン303の傾斜面同士は不連続であるとよい。これによって、光伝送路1の端面と光路変換ミラー306との間に、光学的なギャップが存在しても、光路変換ミラー306と光伝送路1の端面とに多少位置ズレが発生しても、隣接する光伝送路1の配列ピッチを小さく(例えば125μm以下のピッチ等)しても、隣接する光伝送路1及びコアパターン303間の光信号の混線(クロストーク)を抑制できる。より好ましくは第1及び第2の実施の態様に示すようにコアパターン303の光軸上のみに傾斜面が形成されているとよい。
ミラー付き光導波路部3は、基板と、その一方の面上に形成されたクラッド層及びコアパターンと、他方の面上に形成された、前記ミラー付き光導波路部3を構成するクラッド層(302や305)又はコアパターン303と同一屈折率の樹脂層とを有するとよい。基板を有することによってミラー付き光導波路部3に剛性や柔軟性及び強靱性を付与することができ、該基板を挟んで表裏に樹脂層を設けることができるため、ミラー付き光導波路部3の反りを低減することが可能となる。また、クラッド層(302や305)又はコアパターン303と同一屈折率の樹脂を用いることによって、光の透過性を容易に維持できると共に、フレネル反射による光損失の悪化を抑制できる。また、基板の表面に凹凸がある場合には、凹凸起因の散乱による光損失の悪化を抑制する効果が得られる。
本発明の光モジュールにおいて、ミラー付き光導波路部3は、光路変換ミラー306の位置において、光伝送路コネクタ部2と、その光伝送路1の端面と接地しているとよい。これにより、光伝送路1の端面と光路変換ミラー306までの距離を短縮し低損失化が図れる。さらに光伝送路1の端面と光路変換ミラー306の間の空隙を低減することで、光伝送路1から出力される光信号の広がりを低減し、又は、光路変換ミラー306から出射される光信号の広がりを低減し、結合損失を低減できる。
また、光伝送路コネクタ部2における光伝送路1の端面(クラッド及びコア部)が、非研磨面であって、光伝送路1の端面の凹凸の一部が、ミラー付き光導波路部3に埋没されているとよい。本発明のミラー付き光導波路部3の光伝送路1側の面は、基板や、クラッド層(302や305)又はコアパターン303と同一屈折率樹脂等の光透過性の樹脂からなっていると、光伝送路1の端面にバリ等の凹凸が発生しても、その一部をミラー付き光導波路部3に埋没させることができ、ミラー付き光導波路部3と光伝送路1との結合損失を低減することができる。このため、光伝送路1の端面を研磨する工程を省略することも可能である。
本発明の光モジュールは、前記光伝送路コネクタ部2と前記ミラー付き光導波路部3を必須の構成とするが、一般的にはさらに受発光素子5を具備する。本発明において、受発光素子5は電気配線板4上に搭載されることが多いため、本発明の光モジュールは、受発光素子5及びこれを搭載する電気配線板4をその構成とするものも含む。このとき、前記ミラー付き光導波路部3における受発光素子接続用端面307と、電気配線板4上に搭載された受発光素子5の受発光面が、光学的に接続するように、電気配線板4にミラー付き光導波路部3及び光伝送路コネクタ部2が搭載される。
これにより、電気配線板4上の受発光素子5を駆動させることによって、光伝送路1との光伝送が可能となる。
本発明の光モジュールにおける受発光素子5及び電気配線板4の第1の実施の態様は、図1及び図7(図7はミラー付き光導波路、押さえ治具、電気配線板の詳細は図示していない)に示すように受発光素子5が、電気配線板4のミラー付き光導波路部3側に搭載されてなり、それらの受発光面501がミラー付き光導波路部3側となる。これにより、電気配線板4上の受発光素子5を電気配線板4上で駆動させることによって、光伝送路1との光伝送が可能となる。
その際に、受発光素子5はワイヤーボンディング502で電気配線板4に接続されていることが好ましい。本発明の光モジュールは、上記の態様のような場合でも、ワイヤーボンディングのワイヤー502の位置を避けてミラー付き光導波路(コアパターン)の端面307を受発光部501に近づけることができ、さらにはミラー付き光導波路の端面側の厚みや幅を小さくしたり、ワイヤー502に干渉しない形状としたりすることによって、ワイヤー502の最上部よりもミラー付き光導波路部3の端面を受光及び/又は発光素子5側に位置させる、即ち近づけることが可能となる。これにより、受発光面501とミラー付き光導波路部3の端面307を近接させることができるため低損失な光信号の送受が可能となる。
以下、本発明におけるミラー付き光導波路部の端面と表記した場合は、コアパターン303の光軸上において光路変換ミラー306と反対側の終端の端面307を指し示し、ミラー付き光導波路部の端面側と表記した場合は。ミラー付き光導波路部3の端面付近の筐体(クラッド層や基板も含む)をも指し示す。
本発明の光モジュールに用いられる受発光素子5が電気配線板4の第2の実施の態様は、図2及び図8(図8はミラー付き光導波路、押さえ治具、電気配線板の詳細は図示していない)に示すように、ミラー付き光導波路部3と反対側に搭載されてなり、該受発光素子5の受発光面501がミラー付き光導波路部3側に向いた構造である。これにより、電気配線板4上の受発光素子5を電気配線板4上で駆動させることによって、光伝送路1との光伝送が可能となる。
その際に、受及び/又は発光素子5はフリップチップで電気配線板4に接続されていることが好ましく、受発光部501近傍の電気配線板4に開口部402を有しているとよい。開口部402は光学的に開口していればよいが、空間であると開口部402内にミラー付き光導波路部の端面307を配置することができるため好ましい。これにより、ミラー付き光導波路部の端面307と受発光部501との距離を短縮することができ、低損失な光信号の伝送が可能となる。
本発明の光モジュールの光伝送路コネクタ部2及び/又は押さえ治具部6にはアライナーC201を、電気配線板4にアライナーD403をそれぞれさらに有し、光伝送路コネクタ部2又は押さえ治具部6と電気配線板4とが、アライナーC201及びアライナーD403とで位置合わせされて接合されるとよい。これにより、ミラー付き光導波路の端面307と受光又は発光素子の受発光部501とを精度よく位置合わせすることができる。
ミラー付き光導波路部3には、光路変換ミラー306と位置の相関が確保された傾斜面からなるアライナーE309をさらに有し、押さえ治具部6にアライナーF601を有し、ミラー付き光導波路部3と押さえ治具部6とがアライナーE309とアライナーF601とで位置合わせされる部位を有するとよい。これにより、例えばミラー付き光導波路部3に設けられたアライナーA308と光伝送路コネクタ部2に設けられたアライナーB201とに高精度な位置合わせ精度がない場合にも、ミラー付き光導波路部3に設けられたアライナーE309と押さえ治具部6に設けられたアライナーF601によって押さえ治具部6とミラー付き光導波路部3の高精度な位置合わせが可能となる。この際、押さえ治具部6には光伝送路コネクタ部2のアライナーB201と高精度に位置合わせ可能なアライナーA’602有していると、押さえ治具部6を介してミラー付き光導波路部3と光伝送路コネクタ部2とを高精度に位置合わせ可能となり、光伝送路1と光路変換ミラー306とを光学的に低損失で結合することができる。
本発明におけるミラー付き光導波路部の端面307の形状はコアパターン303に対して略90°の平面であると好ましいが、光の伝搬に支障がない範囲で曲面やレンズ面であってもよい。ここでの略90°とは、90°付近のみを意味するのではなく、比較的に広範囲の角度を意味し、後述するように透明樹脂9にて封止する場合には30°以上90°以下であればよく、ミラー付き光導波路の端面307と受発光素子5との実装性の観点から70°以上90°以下であることがより好ましい。また、透明樹脂9にて封止しない場合には、55°以上90°以下であることが好ましく、ミラー付き光導波路の端面307と受発光素子5との実装性の観点から70°以上90°以下であることがより好ましい。
なお、ミラー付き光導波路部の端面307側の形状は、上記ミラー付き光導波路の端面307の形状を保持でき、光の伝搬に支障のない形状であれば特に制限はない。
また、光モジュールにおいて、ミラー付き光導波路部の端面307と受発光素子5とが、透明樹脂9によって封止されてなるとよい。ここでの封止とはミラー付き光導波路部3の少なくともコアパターン303端面と受発光面501との間に透明樹脂9が充填された状態を意味する。これにより、ミラー付き光導波路の端面307の位置を透明樹脂9によって固定することができると共に、空隙をなくすことができるため、ミラー付き光導波路の端面307と空気層との屈折率差によって生じるフレネル反射損失を低減することが可能となる。
なお、本発明に用いるミラー付き光導波路部3は、多段のコアパターン303を有するミラー付き光導波路部や、複数のミラー付き光導波路部が例えばアライナーB201と位置合わせされて、接合されているものでもよい。
本発明の光モジュールの製造方法は、光伝送路1を光伝送路コネクタ部2に搭載する工程A、前記ミラー付き光導波路部3のコアパターン303と光伝送路1とが光路変換ミラー306を介して折れ曲がって光学的に接合させる工程B、工程Bの後に前記光伝送路コネクタ部2及び前記ミラー付き光導波路部3を、受発光素子を搭載する電気配線板4に接合する工程Cを有することが好ましい。これにより、電気配線板4や電気配線板4に実装された各種素子、該各種素子に結合したワイヤーボンディング用ワイヤー502等にぶつかってミラー付き光導波路部3の端部を傷つける危険性を低減し、光モジュールを容易に製造することができる。このときの光伝送路コネクタ部2は少なくとも光伝送路1の端面1の位置を固定する溝や孔を有していればよい。
さらに、工程Bの後に、ミラー付き光導波路部3を、前記光伝送路コネクタ部2と、反対の面から押さえる押さえ治具部6により固定する工程Dをさらに有することによって、ミラー付き光導波路部3の形状や位置を固定できるため好ましい。
また、工程Bが、ミラー付き光導波路部3に具備されたアライナーA308と光伝送路コネクタ部2にさらに具備されたアライナーB201とを嵌め合わせて接合することによってミラー付き光導波路部3の光路変換ミラー306と、光伝送路コネクタ部2とを高精度に位置合わせできるためより好ましい。さらに後述するようにアライナーA308及びアライナーB201を嵌合部とし、嵌め合わせによって接合させるとパッシブに位置合わせ及び接合が可能となるためより好ましい。
また、工程Cが、光伝送路コネクタ部2及び/又は押さえ治具部6にさらに具備されたアライナーC201と電気配線板4に具備されたアライナーD403とを位置合わせして接合することによってミラー付き光導波路の端面307と、電気配線板4上の受発光素子5の受発光面501とを高精度に位置合わせできるためより好ましい。上記の観点から工程Cの前に受発光素子は、電気配線板4に実装されているとよい。さらに後述するようにアライナーC201及びアライナーD403を嵌合部とし、嵌め合わせによって接合させるとパッシブに位置合わせ及び接合が可能となるためより好ましい。
以下、本発明に用いられる各部材及び材料について詳細に説明する。
(光ファイバ)
本発明に用いられる光伝送路1は、光信号を伝達するための光路を有した光学部材であればよく、光ファイバ、光導波路、シリコンフォトニクス基板等が好適に挙げられる。
中でも長距離伝送が可能で、取り扱い性に優れた光ファイバを用いるとよい。光ファイバは、石英ファイバやプラスチック光ファイバ等を用いることができ、GI型(Graded Index type)でもSI型(Step Index type)でもよい。
コアの直径は特に制限はないが、ミラー付き光導波路部3のコアパターン303との位置合わせの観点から、5μm〜300μmであるとよく、ミラー付き光導波路部3の低背化の観点から、より好ましくは30〜100μmであるとよく、30μm〜85μmであるとさらによい。
クラッドの直径は特に制限はなく、50μm〜3mmであるとよく、狭ピッチ化による小型化、高密度伝送の観点から、50μm〜300μmであるとよく、70μm〜260μmであるとさらによい。
本光ファイバは単芯の光ファイバでも、多芯の光ファイバでもよいが、多芯の光ファイバを用いる場合にはリボンファイバを用いるとハンドリングが容易であるため好ましい。また、光ファイバと電気信号線との複合ケーブルを用い、該光ファイバ部分を光伝送路コネクタに接続してもよい。このとき電気信号線は、電気配線板4に電気的に接続されると、光信号及び電気信号(シグナルラインやパワーライン)の両方を伝送できる光電気複合ケーブルとすることができる。
(光導波路)
本発明の光伝送路1に光導波路を用いる場合には、コアパターンとコアパターンを埋設するクラッド層からなる光導波路を用いればよい。コアパターンの断面形状は、ミラー付き光導波路部3のコアパターン303(光路変換ミラー306)と光伝送に悪影響のない範囲の形状であればよい。また、複数のコアパターンを有する光導波路で、複数のコアパターンを平行に配置すると、コアパターン間のピッチ精度を得やすく、ミラー付き光導波路部3との位置合わせが良好に行えるため好ましい。
(光伝送路コネクタ)
本発明に用いられる光伝送路コネクタ部2は、少なくとも光伝送路1の一方の端部を固定できる部位と、ミラー付き光導波路部3と位置合わせされるアライナーB201とを有していればよい。上記の観点から、まず光伝送路コネクタ部2には、光伝送路1を固定する溝又は孔(複数の光ファイバを固定する場合には、それらを任意のピッチ及び位置に配列可能な溝又は孔)を有する。また、ミラー付き光導波路部3と位置合わせするためのアライナーB201としては、光路変換ミラー306そのものをアライナーとすることもできるが、ダミーの光路変換ミラー306や光路変換ミラー306と位置の相関のあるマーカや、光路変換ミラー306と位置の相関のある嵌合部等を具備しているとよい、特にパッシブな位置合わせが可能であり、位置合わせ及び接合が容易である観点から嵌合部であるとよく、該嵌合部は、ミラー付き光導波路部3側に突出又は凹んだ嵌合部(アライナーB201)を有しているとよい。具体的には、光伝送路1に光ファイバを用いる場合には、白山製作所(株)製のMTコネクタ等を用いることができる。また、光伝送路1に光導波路を用いる場合には、PMTコネクタ等を用いることができる。
また、光伝送路コネクタ部2には、電気配線板4に設けられたアライナーD403と位置合わせして接合するためのアライナーC201を有しているとよい。アライナーB201又はアライナーC201は、上述したアライナーB201と同様のマーカや嵌合部等を用いることができる。また、アライナーC201及びアライナーD403も、嵌合部であるとパッシブ実装が可能である観点からより好ましい。嵌合部(アライナーC201及びアライナーD403)の形状はミラー付き光導波路部3のコアパターン303同軸方向の位置の固定、又は電気配線板4の面方向の位置の固定が可能であれば、特に限定はないが、突起状、凹み形状、貫通穴状等の形状であればよく、円状、楕円状、多角形状、星状、切り欠き、それらの複合形状、複数個組み合わせた形状等であればよい。
光伝送路コネクタ部2のミラー付き光導波路部3側の面は、平面でも曲面でもよいが、ミラー付き光導波路部3との界面の光の反射減衰を抑制するため、光伝送路1先端近傍は6〜10°傾斜し、その端面は研磨面であるとよい。しかし、ミラー付き光導波路部3側の面の全面を研磨すると、光伝送路コネクタ部2に設けられたアライナーC201とミラー付き光導波路の端面307との位置の相関が保てなくおそれがある(研磨量を制御することが可能な場合はこの限りではない)ため、ミラー付き光導波路部の端面307付近の光伝送路コネクタ部2側の面は垂直面204で、研磨面のみが傾斜面203(光伝送路1光軸となす角が垂直面204より傾斜している)となるとよい。なお、ミラー付き光導波路部3は、それら2つの面に追従するように変形されていればよい。このときコアパターン303は湾曲することとなる。
光伝送路ケーブル(光伝送路1と光伝送路コネクタ部2の複合体を指す)作製後の光伝送路1の端面の研磨が不要な場合や研磨量を制御可能な場合は、垂直面204であってもよいが、後述する空気反射型ミラーを用いる場合には、光伝送路1とコアパターン303とのなす角が鈍角であって、光路変換ミラー306の角度が該鈍角の約1/2の傾斜(実際には光路変換ミラー306で光路変換される直前の光の角度(光伝送路1のコア及びコアパターン303の屈折率に依存)によって適宜調整するとよい)であると、光路変換ミラー306での全反射条件を満たす光信号成分が増え、光損失を低減できるため、意図的にミラー付き光導波路部3と光伝送路コネクタ部2の接合面を傾斜面203としてもよい。このときもミラー付き光導波路部3の端面付近を垂直とする場合には、ミラー付き光導波路部3は、それらの面に追従し、コアパターン303は湾曲することとなる。この場合、光伝送路1の端面は光伝送路コネクタ部2の該傾斜面203と同一平面になりにくいが、同一平面から突出した部分を後述する凹凸としてミラー付き光導波路部3に埋設させればよい。
(光伝送路ケーブル)
本発明における光伝送路ケーブルとは、光伝送路コネクタ部2に光伝送路1が搭載されたものを指す。該光伝送路ケーブルにミラー付き光導波路部3を搭載したとき(アライナーA308とアライナーB201によって位置合わせされて接合されたとき)にミラー付き光導波路の端面307は光伝送路コネクタの底面205(ミラー付き光導波路の端面307と平行で最も近接する平面)と同一平面又はミラー付き光導波路の端面307が突出しているとよい。同一平面であると、ミラー付き光導波路部3をハンドリングする際に、ミラー付き光導波路の端面307を傷つける可能性が低く、受発光面501とミラー付き光導波路の端面307の距離を小さくできる。また、突出させる場合、その突出長は0μm超〜500μmであると、ミラー付き光導波路部3の突出部7の変形を抑制できるため好ましく、0μm超〜300μmであるとハンドリングの際にミラー付き光導波路の端面307を傷つける可能性を低減できるためより好ましい。
(ミラー付き光導波路)
本発明に用いられるミラー付き光導波路部3は、光信号を伝達するコアパターン303と、それを覆うクラッド層を有してなり、該コアパターン303の光軸上に光伝送路1とコアパターン303とを光学的に折れ曲がって(例えば、略90°方向に)結合させる光路変換ミラー306を備えている。このときコアパターン303は、クラッド層よりも屈折率の高い部位であれば良好に光信号を伝搬できる。
ミラー付き光導波路部3は、フレキシブルでもリジッドでもよいが、ミラー付き光導波路部3を変形させて使用する場合には、フレキシブル性を有しているとよい。
ミラー付き光導波路部3はクラッド層及びコアパターン303形成用樹脂のみからなっていても本発明の光モジュールは作製可能であるが、本発明においては、ミラー付き光導波路部3を精度よく位置合わせ及び接合する必要性があり、その際にミラー付き光導波路部3が多少変形したり、応力がかかったりするため、基板を有し強靱性を付与することが光モジュールの組み立ての効率や歩留まりの観点から重要である。特に嵌め合わせによって位置合わせ及び接合する場合には、上記と同様の理由でより重要である。上記の観点から基板の種類は、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリフェニレンエーテル、ポリエーテルサルファイド、ポリアリレート、液晶ポリマー、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリイミドなどの樹脂フィルムが好適に挙げられる。また、ミラー付き光導波路部3の光伝送路1の端面との接面には、クラッド層(302や305)又はコアパターン303と同一屈折率樹脂層を有することが、フレネル損失を低減できる観点、光伝送路の端面101の凹凸がある場合に該凹凸を埋め込む観点、ミラー付き光導波路部3の反りの低減の観点などから好ましい。
反りや屈折率整合の関係上光伝送路1とのミラー付き光導波路部3側の接面には、クラッド層(302や305)又はコアパターン303と同一屈折率樹脂層を設けることが好ましいが、クラッド層(302や305)又はコアパターン303に使用した樹脂では光伝送路の端面101の凹凸の埋め込むことが良好に行えない場合には、クラッド層(302や305)又はコアパターン303よりも低弾性な樹脂層を設けてもよく、粘着性のある樹脂層を設けてもよい。このときの樹脂層は光信号の透過に悪影響のない範囲の透明性を有していればよく、クラッド層(302や305)又はコアパターン303の屈折率差は下に示す式1の値で、0%以上5%以下であるとよく、0%以上2.5%以下であるとよりよく、0%以上1%以下であるとさらによい。本発明において上記の範囲の樹脂を用いる場合も屈折率差によるフレネル反射損失の低減(対空気層に対してのフレネル反射損失と比較)及び光伝送路の端面101の凹凸を埋め込む機能を有することから広義にクラッド層(302や305)又はコアパターン303と同一屈折率樹脂層とみなす。
Figure 2015190991
さらにミラー付き光導波路部3には光伝送路コネクタ部2と位置合わせするアライナーA308を有し、光伝送路コネクタ部2に設けられたアライナーB201と位置合わせできる部位を有している。シート状のミラー付き光導波路部3であると、複数のコアパターン303を配置しやすく、該コアパターン303や光路変換ミラー306と別の位置にアライナーA308を設けやすい。シート状にすることによって、光モジュール自体を小型化することが可能となる。
本発明のミラー付き光導波路部3の受発光素子側の端面の厚み(光伝送路1の光軸方向の厚み)は、65μm以上500μm以下であるとよい。これにより上述したように、第1の実施の態様の場合は受発光素子のワイヤー502に干渉しにくく、さらに反り等の変形による受発光素子とミラー付き光導波路の端面307との位置ズレによる結合損失の悪化を抑制できる。また、第2の実施の態様の場合は電気配線板4の開口部402が小さくてすむため、電気配線板4のねじれや反り等を抑制することができ、受発光素子とミラー付き光導波路部の端面307との位置ズレによる結合損失の悪化を抑制できる。光導波路の強度、低背化、フレキシブル性の観点からより好ましくは80μm以上150μm以下であるよい。
本発明のミラー付き光導波路部3のコアパターン303に対して垂直方向の幅は、光路変換ミラーを通る幅(X1)よりもミラー付き光導波路の端面側の幅(X2)が小さいとよく、X1:X2は10:9〜10:3の範囲であると、電気配線板4や電気配線板4上に搭載された各種素子とミラー付き光導波路部の端面307及び/又は端面側を傷つける懸念を低減でき、さらに小型化及びミラー付き光導波路部3の端面と受発光素子5との結合が良好となるため好ましい。
(コアパターン)
本発明のミラー付き光導波路部3のコアパターン303は、使用する長さあたりにおける透過損失が光信号の伝搬に悪影響のない範囲であるとよい。またその形状は、直線状でも曲線状でもよく、コアパターン303の断面積が光の進行方向に対して拡縮するテーパ形状を有していてもよい。光の進行方向に対して拡大するテーパ形状を有すると、伝搬する光の広がり角を低減できるため、例えば受光素子とミラー付き光導波路の端面307との間にギャップがある場合でも、結合損失よく光の送受が可能となる。また、光の進行方向に対して縮小するテーパ形状を有すると、スポット径を縮小できるため、例えば受光素子の受光径が小さく、受光素子と光導波路の端面とのギャップが小さい場合に、結合損失よく光の送受が可能となる。つまり、光モジュールの形状によってコアパターン303の断面積の拡縮を行うことで、結合損失を低減することができる。
コアパターン303の形状は光伝送路1と受発光素子との光信号の伝搬を良好に行えれば特に限定はなく、光伝送路1の配線方向の高さは5〜300μmであるとよく、光導波路の低背化の観点から、より好ましくは30〜100μmであるとよく、結合効率の観点から30μm〜85μmであるとさらによい。
上記高さと直交するコアパターン303の幅は、5〜300μmであるとよく、結合効率の観点から30μm〜85μmであるとさらによい。また、コアパターン303をフォトリソグラフィー加工によって形成する場合には、フォトマスクの形状で幅方向にテーパを設けられる。
コアパターン303の長さは、使用する光信号波長に対する透過損失や光伝送路コネクタ部2の筐体の大きさによって適宜選択すればよいが、光路変換ミラー306からミラー付き光導波路の端面307までの長さが、100μm以上〜10mm以下であると、小型化及びハンドリング性の観点から好ましく、500μm以上〜5mm以下であるとより小型化及びミラー付き光導波路部3の強靱性が得やすいためより好ましく、500μm以上〜3mm以下であると、使用可能な光信号波長の選択の幅が増えるためさらに好ましい。
(光路変換ミラー)
本発明のミラー付き光導波路部3の光路変換ミラー306は、コアパターン303の光軸上に設けられ、光信号を折れ曲がって光学的に結合するように、例えば略90°変換可能なように、その機能を有していればよく、光伝送路1の光軸又はミラー付き光導波路部3のコアパターン303の光軸に対して30°以上60°以下、より好ましくは35°以上55°以下、さらに好ましくは40°以上50°以下の傾斜面であるとよい。傾斜面は樹脂と空気層との屈折率差を利用した空気反射型ミラーであっても傾斜面に反射金属層を設けた金属反射型ミラーであってもよい。また、光路変換ミラー306はアライナーA308との位置の相関が得られているとよい。
複数のコアパターン303の光軸上のそれぞれに光路変換ミラー306を設ける場合には、それらの傾斜面が連通して同一平面にならず、各々の傾斜面が独立した面であると、隣接するコアパターン303から又は隣接する光伝送路1からの光が混ざり込むこと(クロストーク)を抑制できるためより好ましい。
(空気反射型の光路変換ミラー)
空気反射型の光路変換ミラー306の具体例としては、クラッド層302上にリッジ状にコアパターン303を形成した後に、ダイシングソーやレーザー等を用いて該コアパターン303に傾斜面(光路変換ミラー306)を形成し、その後、コアパターン303を覆い傾斜面(光路変換ミラー306)を開口する別のクラッド層305を形成する方法や、クラッド層に埋設されたコアパターン303からなる光導波路を形成した後に、一方向からレーザー等を用いて、それぞれのコアパターン303の光軸上に独立した傾斜面を形成すればできる。コアパターン303の光軸上以外には余分な傾斜面が形成されない前者の構造が最も好適である。
(金属反射型の光路変換ミラー)
金属反射型の光路変換ミラー306の具体例としては、上記と同様にリッジ状にコアパターン303を形成した後に、ダイシングソーやレーザー等を用いて該コアパターン303に傾斜面(光路変換ミラー306)を形成し、その後、少なくとも該傾斜面に蒸着やスパッタやめっき等を用いて反射金属層を形成し、コアパターン303覆う別のクラッド層305を形成する方法(傾斜面は別のクラッド層305によって覆ってもよい)によって形成できる。この場合もコアパターン303の光軸上以外には余分な傾斜面が形成されない構造となる。
(クロストーク低減メカニズム)
上述のコアパターン303の光軸上以外には余分な傾斜面が形成されない構造であると、光伝送路1から光路変換ミラー306方向へ入射される光成分のうち、光路変換ミラー306に入射されなかった光成分は、光伝送路1と同軸方向に透過又は反射されるため、受光素子側に光路変換してクロストークとなる懸念が低減する。また、発光素子からミラー付き光導波路の端面307方向に入射される光成分のうち、コアパターン303と結合せず、クラッド層中を伝搬する光成分の多くは、光路変換ミラー306に入射されないため、コアパターン303と同軸方向に透過又は反射されるため、クラッド層中を伝搬する光が光伝送路1側に光路変換してクロストークとなる懸念が低減する。
(アライナーA)
本発明のミラー付き光導波路部3に設けられるアライナーA308は、アライナーB201と位置合わせが可能であればよく、上述したアライナーB201と同様のマーカや嵌合部を用いることができる。特にパッシブな位置合わせが容易である観点から、嵌合部であることがより好ましく、その形状は、突起状、凹み形状、貫通穴状等の形状であればよく、円状、楕円状、多角形状、星状、切り欠き、それらの複合形状、複数個組み合わせた形状等であればよい。アライナーA308は光路変換ミラー306と位置の相関が確保されているとよい。アライナーA’602もアライナーA308と同様の形状であるとよい。
なお、アライナーA308はコアパターン303同軸方向、及びコアパターン303垂直方向(かつ光伝送路1の光軸に垂直方向)の位置を規定できる箇所に設けられるとよい。上記の観点から、2箇所以上のアライナーA308を有しているとよく、これにより、上述のコアパターン303同軸及び垂直方向を形成する面の角度ズレも矯正することができる。また、アライナーA308は少なくとも2つは光路変換ミラー306の両脇に形成されているとよい。このときアライナーA308間の距離は、光路変換ミラー306からミラー付き光導波路の端面307までの距離と同じかより長いと、アライナーA308とアライナーB201のクリアランスやずれの影響がミラー付き光導波路の端面307と受光及び/又は発光素子5との位置ずれに影響しにくいため好ましく、その距離の比が、1:2以下であるとミラー付き光導波路の端面307と受光及び/又は発光素子5との位置ずれを低減でき、結合損失を低減できるためるためより好ましい。また、光路変換ミラー306とミラー付き光導波路部3の外形線とに位置の相関がある場合には、ミラー付き光導波路部3の外形線を嵌合部(アライナーA308)としてもよい。なお、実施例中に記載するように、アライナーA308、アライナーB201、後述するアライナーC202、アライナーD403、アライナーA’を嵌合にて位置合わせ接合する場合には嵌合ピン8等を用いてもよい。
また、アライナーA308は光路変換ミラー306近傍に設けられるとよく、アライナーA308に最も近接する光路変換ミラー306までの距離が10μm以上10mm以下であると光路変換ミラー306と光伝送路の端面101との位置合わせが良好になるため好ましく、小型化の観点から10μm以上1mm以下であるとよい。さらにアライナーA308からミラー付き光導波路の端面307までの距離も、ミラー付き光導波路の端面307と、受光又は発光素子の受発光面501との位置合わせが良好になる観点から10μm以上10mm以下であるとよく、小型化の観点から10μm以上5mm以下であるとよい。
(アライナーE)
また、ミラー付き光導波路部3には光路変換ミラー306と位置の相関が確保された傾斜面からなるアライナーE309(嵌合部)をさらに有しているとよく、押さえ治具部6に設けられたアライナーF601(嵌合部)と嵌合させることが可能となるため、光伝送路1と光路変換ミラー306との位置合わせが可能となる。アライナーE309は、光路変換ミラー306を形成する工程又は、その前後の工程で、光路変換ミラー306を形成する方法と同一手法で形成することによって光路変換ミラー306との位置の相関が確保しやすい。具体的には、リッジ状にコアパターン303を形成した後に、ダイシングソーやレーザー等を用いてコアパターン303に傾斜面(光路変換ミラー306)を形成し、その後、コアパターン303を覆い傾斜面(光路変換ミラー306)を開口するクラッド層305を形成する際に、ダミーのコアパターン303に傾斜面を形成し、クラッド層305を開口することによって得られた傾斜面などが用いられる。
アライナーE309(後述するアライナーF601も同様)の設置数は、アライナーA308と同様に2つ以上設けられているとよく、少なくとも2つのアライナーE309は光路変換ミラー306の外側(複数の光路変換ミラー306を有する場合はそれらの両端よりも外側)に設けられていると、光路変換ミラー306と光伝送路の端面101との位置合わせが高精度に行えるためより好ましい。
(受発光素子)
本発明に用いられる受発光素子は、光を受光する受光面及び光を出力する発光面を有する光学部材であればよく、光信号を受光して電気信号に変換する素子及び電気信号を受信して光信号に変換する素子等を用いることができる。レーザーダイオードやフォトダイオード等が好適である。レーザーダイオードは面発光レーザーが好ましい。受光部及び/又は発光部を有するシリコンフォトニクス基板等も用いることができる。
なお、受発光素子は、受光素子及び/又は発光素子を意味し、受光素子のみでも発光素子のみでも良い。
受発光素子5の実装面と受発光面501は、第1の実施の態様の場合は、実装面と受発光面501が対向面になる素子であるとよく、第2の実施の態様の場合には、同一面側になる素子であるとよい。
(電気配線板)
本発明の電気配線板4は、受発光素子5が実装される導体パターン401を少なくとも有していればよく、該受光又は発光素子を駆動するドライバIC等が搭載される導体パターン401や外部の筐体と電気接続するための導体端子又はパッド、受光又は発光素子やドライバICを放熱させるための放熱体搭載部等を備えていてもよい。上記導体パターン401を有する電気配線板4であればフレキシブルな電気配線板4でもリジッドな電気配線でもよいが、素子の実装性及び嵌合部(アライナーD403)での嵌合の観点からリジッドな基板が好ましい。フレキシブルな電気配線板4は、例えばポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、それらの複合体等のフィルム材上に導体パターン401が形成された電気配線板4を好適に用いることができ、リジッドな電気配線板4は、例えばガラス、エポキシ樹脂硬化板、セラミック、シリコンウエハー、それらの複合体等の板上に導体パターン401が形成された電気配線板4を好適に用いることができる。
また、電気配線板4は片面に導体パターン401を有する電気配線板4でも、両面に導体パターン401を有する電気配線板4でも、導体パターン401が複数階層からなる多層の電気配線板4でもよい。また、両面や複数階層に導体パターン401が形成された電気配線板4の場合、各層間や表裏の階層間を電気的に接続するビアホールを有していてもよい。さらに上述した電気配線板4はそれを保持する外部筐体(例えば電気配線板4用コネクタやハウジング)を備えていてもよく、この場合外部筐体を含めて一つの電気配線板4とみなす。この場合、外部の筐体が高精度に電気配線板4を保持し、外部筐体にアライナーD403が形成されていても本発明の光モジュールと同様の効果が得られる。
電気配線板4には、光伝送路コネクタ部2又は押さえ治具部6に設けられたアライナーC201と位置合わせ可能なアライナーD403をさらに備えているとよい。アライナーD403を有することによってより簡易的に高精度にミラー付き光導波路の端面307と受光及び/又は発光素子5とを位置合わせすることが可能となる。
電気配線板4において、受光及び/又は発光素子5の実装面は、第1の実施の態様のようにミラー付き光導波路部3側でも、第2の実施の態様のようにミラー付き光導波路部3側でもよいが、第2の実施の態様の場合は、ミラー付き光導波路の端面307と受光又は発光素子の受発光面501との間で光の送受を行える光学的な開口部402を有しているとよい。空隙となる開口部402であるとミラー付き光導波路の端面307を挿入することができるため好ましい。空隙となる開口部402は、凹部状でも貫通孔状でもよいが、より受光又は発光素子の受発光面501とミラー付き光導波路部3の端面307とを近接させて低損失化がはかれる観点から貫通孔状であるとよい。
以上、本発明に用いられる受発光素子、電気配線板4について詳細に説明したが、本発明におけるミラー付き光導波路部3を具備した光伝送路ケーブルは、光信号を受光又は発光する部位を有する筐体であれば光モジュール化することが可能である。例えばシリコンフォトニクス基板や、受発光素子に本発明とは異なる光導波路が具備された光部品等の場合でも応用が可能である。
アライナーD403(アライナーC201も同様)の設置数は、アライナーA308と同様に2つ以上設けられているとよく、少なくとも2つのアライナーD403(アライナーC201も同様)はミラー付き光導波路の端面307の外側(複数のコアパターン303(端面)を有する場合はそれらの両端よりも外側)に設けられていると、ミラー付き光導波路の端面307と受光及び/又は発光素子5の受発光面501との位置合わせが高精度に行えるためより好ましい。
(押さえ治具)
本発明の光モジュールに用いる押さえ治具部6は、ミラー付き光導波路部3を固定できる冶具であればよく、剛直な板状の部材を用いるとよい。基板の材料としては、特に制限はなく、例えば、ガラスエポキシ樹脂基板、セラミック基板、ガラス基板、シリコン基板、プラスチック基板、金属基板、樹脂層付き基板、金属層付き基板、電気配線板4等が挙げられる。押さえ治具部6には電気配線板4に設けられたアライナーD403と位置合わせするためのアライナーC201を有していてもよい。アライナーC201は上述したアライナーA308、アライナーB201、アライナーC201のようなマーカや嵌合部等であればよいが、嵌合部状のアライナーC201を有するとパッシブに位置合わせ及び接合が可能であるため好ましい。嵌合部(アライナーD403)の形状は電気配線板4と押さえ治具部6とを電気配線板4の面方向の位置を固定するための形状であれば特に限定はなく、突起状、凹み形状、貫通穴状等の形状であればよく、円状、楕円状、多角形状、星状、切り欠き状、それらの複合形状や複数個組み合わせた形状等であればよい。
また、光伝送路コネクタ部2のミラー付き光導波路部3側の面が傾斜面203と垂直面204からなる場合や湾曲している場合には、その面に追従する形状を有する面を有する押さえ治具部6であってもよい。
また、押さえ治具部6には、ミラー付き光導波路部3に設けられた光路変換ミラー306と位置の相関が確保された傾斜面からなるアライナーE309(嵌合部)と嵌合するアライナーF601(嵌合部)を有していてもよい。アライナーF601の形状としては特に限定はないが、傾斜面からなるアライナーE309との位置合わせの観点から、少なくとも一部に傾斜面を有する形状であるとよい。
押さえ治具部6の光伝送路1光軸方向の厚みは、特に制限はないが、50μm以上30mm以下であると、小型化及びミラー付き光導波路部3の押さえ性能が良好であり、100μm以上5mm以下であるとより小型化及び押さえ治具部6自体の変形の抑制可能であるためより好ましく、200μm以上3mm以下であると、押さえ治具部6作製の作業性及びハンドリング性の観点からさらに好ましい。
なお、ミラー付き光導波路部3のみで光伝送路ケーブルの光伝送路1と光路変換ミラー306とを高精度な位置合わせが可能であり、ミラー付き光導波路部3の形状及び位置が固定される場合には、本押さえ治具部6は使用しなくてもよい。また、第1の実施の態様や第2の実施の態様のように光伝送路ケーブル、ミラー付き光導波路部3、押さえ治具部6とを接着剤等を用いないで固定する場合には、クランプやバネ等を利用し、それらが外れないように別途固定してもよい。
また、接着剤、接着シートや、後述の透明樹脂9によって光伝送路ケーブル、ミラー付き光導波路部3、押さえ治具部6を固定しても本発明の光モジュールとして機能させることが可能である。この場合でかつ空気反射型の光路変換ミラー306を用いる場合には、それらの接着剤や接着シートや透明樹脂9が光路変換ミラー306に回り込まないように、光伝送路コネクタ部2、ミラー付き光導波路部3、押さえ治具部6の形状等を適宜調整する必要がある。
(透明樹脂)
本発明における受発光素子5の受発光面501とミラー付き光導波路の端面307との間を封止するための透明樹脂9としては、光信号の伝搬に悪影響の内範囲で該光信号波長に対して透明であり、封止し得る樹脂であればよく、熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂、光/熱併用の硬化性樹脂等が好適に挙げられる。
また、該透明樹脂9を用いて、光伝送路コネクタ部2とミラー付き光導波路部3、及び/又はミラー付き光導波路部3と押さえ治具部6とを接着すると、後の工程におけるそれらの脱落や位置ズレを予防できるため好ましく、受発光素子の受発光面501とミラー付き光導波路の端面307との間を封止する際に同時にそれらを接着すると工程が簡略化されるためより好ましい。
また、該透明樹脂9を用いて、光伝送路コネクタ部2と電気配線板4とを接着すると、アライナーC201及びアライナーD403との脱落や位置ズレを予防できるため好ましく、受発光素子の受発光面501とミラー付き光導波路の端面307との間を封止する際に同時にそれらを接着すると工程が簡略化されるためより好ましい。
以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はその要旨を越えない限り、以下の実施例に限定されない。
実施例1
<ミラー付き光導波路の作製>
基板としての厚さ;25μm、100mm×100mmサイズのポリイミド基板(東レ・デュポン株式会社製、商品名;カプトンEN)上の両面に、厚さ;10μmと15μm、引っ張り弾性率;0.7MPaの下部クラッド層302(日立化成株式会社製)を積層形成し、一方の面(15μm厚み側)の下部クラッド層302上に、厚さ;45μm、幅;50μmから40μmへのテーパ形状を有する(光路変換ミラー306形成位置が50μm、端面側が40μm、テーパ距離が1.40mm)、長さ3mmのコアパターン303を14本(250μmピッチ、両端はダミーコアパターン304(両端のコアパターン303から400μmピッチの位置))を形成した。
得られたコアパターン(303及び304)を90°開口(45°の傾斜面)のダイシングブレードを回転数;30,000rpm、切削速度;3.0mm/sの条件で、ブレード先端が、コアパターン303の底面よりも下部クラッド層302側に食い込むように切削加工し、コアパターン303光軸上に光路変換ミラー306を、同時に光路変換ミラー306と対向する傾斜面を形成した。このときダミーコアにも傾斜面(アライナーE309)を形成した。対向する傾斜面の最大幅(コアパターン303上部と傾斜面との境界間)は105μmであった。
次に、該コアパターン303側面及び上面を覆い、該コアパターン303上の厚さが10μmになるように、上部クラッド層305を積層した。その際にフォトリソグラフィー加工及びエッチング加工によって光路変換ミラー306及びダミーコアパターン303に設けられた傾斜面(アライナーE309)が露出するように上部クラッド層305を除去した(除去部形状;3.7mm×200μm)。
得られたミラー付き光導波路部3の両端(1CHと12CH)のコアパターン303の中心からからコアパターン303垂直方向2.30mmの地点を中心とするφ0.70mmの2つの穴をドリル加工によって形成し、アライナーA308とした。光路変換ミラー306と穴との設計値からのずれ量は3μmであった。
次いで、光路変換ミラー306からの距離が1.35mm位置を先端が矩形のダイシングブレードを用いて切削し、ミラー付き光導波路の端面307を形成した。併せて、ミラー付き光導波路の端面307の反対方向(光路変換ミラー306から1.35mm)の地点も同様にダイシングソーで切削し、外形加工を行った。さらに、刃型加工によって、コアパターン303に対して平行方向の7外形加工を行った。刃型による外形線は、略S字状に加工し、光路変換ミラー306上の幅(X1)が6.4mm、ミラー付き光導波路の端面側の幅(X2)が4.1mmとした(図4及び図5参照)。
得られたミラー付き光導波路部3の厚みは105μmであった。
<光伝送路ケーブルの作製>
光伝送路1としてGI50で12CHのリボンファイバ(1CHのクラッド直径が125μm、コア直径が50μmであり、ピッチが250μm)を用い、一方の先端の被覆を剥離し、それぞれの先端を揃えた後に、光伝送路コネクタ部2(白山製作所製、MTコネクタ、図中には光ファイバを固定する部分のみを図示し、その他の筐体等は図示していない)の光ファイバ溝に光ファイバをそれぞれ搭載し、熱硬化接着剤(Epoxy Technology社製、EPO−TEK−353ND)を用いて固定して光伝送路ケーブルを作製した。このとき、ミラー付き光導波路部3側の光伝送路コネクタ平面と、光ファイバの先端とを揃えるように固定した。光ファイバの先端の一部にはバリが突出していた。
<押さえ治具>
押さえ治具部6として、エポキシ樹脂硬化物にて形成された厚さ250μm、アライナーA’用の穴(φ0.70mm、穴間距離2.60mm)、穴中心間を結ぶ直線からミラー付き光導波路の端面307方向の外形線までの垂直距離(X1相当)が、1.225mm、穴中心間を結ぶ直線上の幅6.4mm、ミラー付き光導波路の端面307側の幅(X2相当)が、4.1mm、アライナーFとして、先に形成したミラー付き光導波路のダミーコアパターン304に形成された対向する斜面と嵌合するためのミラー付き光導波路側の平面に対向する斜面(斜面同士のなす角90°で、ミラー付き光導波路部3との接触面から10μm上方の対向する斜面の距離が105μm)の押さえ治具を準備した(図6参照)。
<光モジュールの作製>
上記で得られた光伝送路ケーブルのアライナーB201の穴にφ0.698mmの嵌合ピン8を挿入し、あらためてアライナーB201とし、該アライナーB201に上記で得られたミラー付き光導波路部3に設けられたアライナーA308の穴と嵌合し、さらにアライナーB201に上記で得られた押さえ治具のアライナーA’の穴と嵌合して光モジュールとした。このときアライナーE309とアライナーF601も嵌合され光ファイバとミラー付き光導波路部3の光路変換ミラー306との位置合わせをサポートされていた。さらに、光伝送ケーブル、ミラー付き光導波路部3、押さえ治具部6が外れないようにバネ状のクランプで挟んだ。
光ファイバの先端のバリは、ミラー付き光導波路部3の光伝送とコネクタとの接地面側樹脂層(クラッド層)に埋め込まれていた。また、光伝送路コネクタの底面からの突出部7の突出長は、125μmであった。光ファイバの先端と光路変換ミラー306との位置ズレは最大で2μmであった。
<光モジュールの光損失>
得られた光モジュールのミラー付き光導波路の端面306からGI50の光ファイバを用いて光を入射し、光ファイバの光伝送路コネクタ部2と反対の端面から出力される光を検出することにより、光モジュールの光損失を測定した。
その結果、波長850nmの光を用いたところ、2.1dBであり良好であった。ミラー付き光導波路の端面306から入射する光ファイバを隣のCHに変更したところ−30dB以下であった。次に上記検出側からGI50にて光を入射し、ミラー付き光導波路端面から出力される光を検出したところ、1.7dBであり良好であった。検出位置を隣のミラー付き光導波路部の端面306に変更したところ−30dB以下であった。
なお、ミラー付き光導波路部3に用いた光導波路の850nmにおける単位長さあたりの光損失値は0.2dB/cmである。
波長1050nmの光を用いたところ、2.4dBであり良好であった。ミラー付き光導波路の端面306から入射する光ファイバを隣のCHに変更したところ−30dB以下であった。次に上記検出側からGI50にて光を入射し、ミラー付き光導波路端面から出力される光を検出したところ、1.9dBであり良好であった。検出位置を隣のミラー付き光導波路の端面306に変更したところ−30dB以下であった。
なお、ミラー付き光導波路部3に用いた光導波路の1050nmにおける単位長さあたりの光損失値は0.4dB/cmである。
波長1310nmの光を用いたところ、2.5dBであり良好であった。ミラー付き光導波路の端面306から入射する光ファイバを隣のCHに変更したところ−30dB以下であった。次に上記検出側からGI50にて光を入射し、ミラー付き光導波路端面から出力される光を検出したところ、2.0dBであり良好であった。検出位置を隣のミラー付き光導波路の端面306に変更したところ−30dB以下であった。
なお、ミラー付き光導波路部3に用いた光導波路の1310nmにおける単位長さあたりの光損失値は0.6dB/cmである。
波長1550nmの光を用いたところ、2.8dBであり良好であった。ミラー付き光導波路部の端面306から入射する光ファイバを隣のCHに変更したところ−30dB以下であった。次に上記検出側からGI50にて光を入射し、ミラー付き光導波路端面から出力される光を検出したところ、2.4dBであり良好であった。検出位置を隣のミラー付き光導波路の端面306に変更したところ−30dB以下であった。
なお、ミラー付き光導波路部3に用いた光導波路の1550nmにおける単位長さあたりの光損失値は3.2dB/cmである。
このように得られた光モジュールのミラー付き光導波路部3のコアパターン303の長さが小さいため、使用する光信号の波長による光損失差は小さくなりいずれの波長でも良好な伝搬損失を得た。
実施例2
実施例1で得られた光モジュールのミラー付き光導波路の端面307側に上記で使用した熱硬化接着剤を光路変換ミラー306に回り込まないように滴下し、熱硬化したところクランプ10を外しても光伝送路ケーブル、ミラー付き光導波路部3、押さえ治具部6が外れることはなかった。光損失も実施例1とほぼ同等の値であり良好であった。
実施例3
<光導波路を用いた光伝送路ケーブルの作製>
光伝送路1として幅2.999mm、厚みが100μm、コアパターンの本数が24CH(125μmピッチ)、コアパターンの長さが5cmの光導波路(クラッド層及びコアパターンは実施例1で使用した材料と同一)を作製し、光伝送路コネクタ部2(白山製作所製、PMTコネクタ、図示していない)の光導波路溝に光ファイバをそれぞれ搭載し、熱硬化接着剤(Epoxy Technology社製、EPO−TEK−353ND)を用いて固定して光伝送路ケーブルを作製した。また、ミラー付き光導波路部3も上記で作製した光導波路のコアパターンの位置とピッチが合うようにコアパターン303の位置及びピッチ及び本数を変更した。
得られた光伝送路ケーブルとミラー付き光導波路部3を用いて実施例1と同様に光モジュールとした。光導波路のコアパターンの先端と光路変換ミラー306との位置ズレは最大で3.4μmであった。
得られた光モジュールのミラー付き光導波路の端面306からGI50の光ファイバを用いて光を入射し、光ファイバの光伝送路コネクタ部2と反対の端面から出力される光を検出することにより、光モジュールの光損失を測定した。
その結果、波長850nmの光を用いたところ、2.9dBであり良好であった。ミラー付き光導波路の端面306から入射する光ファイバを隣のCHに変更したところ−30dB以下であった。
次に上記検出側からGI50にて光を入射し、ミラー付き光導波路端面から出力される光を検出したところ、2.7dBであり良好であった。検出位置を隣のミラー付き光導波路の端面306に変更したところ−30dB以下であった。
実施例4
実施例1において、光伝送路ケーブルを作製した後に、光ファイバの先端面を光伝送路コネクタごと研磨した。このとき研磨する角度を8°にして傾斜面203を形成した。また一部(ミラー付き光導波路の端面307側)垂直面204を残し、さらに、傾斜面203と垂直面204の接続部分の角を半径1mmで面取りした。なお光ファイバの先端面は傾斜面203に配置されている。
また、ミラー付き光導波路部3の光路変換ミラー306形成用のダイシングブレードを94°開口(47°の傾斜面)のブレードに変更した以外は実施例1と同様にミラー付き光導波路部3を作製し、押さえ治具部6は、実施例1における押さえ治具部6のうちアライナーFがなく、光路変換ミラー306上に押し当てられる面が、ミラー付き光導波路の端面307側の押し当て面に対して光伝送路1側に8°傾斜した押し当て冶具にした以外は同様の方法で光モジュールを作製した。光伝送路コネクタの底面からの突出部7の突出長は、123μmであった。光ファイバの先端と光路変換ミラー306との位置ズレは最大で2μmであった。
<光モジュールの光損失>
得られた光モジュールのミラー付き光導波路の端面306からGI50の光ファイバを用いて光を入射し、光ファイバの光伝送路コネクタ部2と反対の端面から出力される光を検出することにより、光モジュールの光損失を測定した。
その結果、波長850nmの光を用いたところ、2.0dBであり良好であった。ミラー付き光導波路の端面306から入射する光ファイバを隣のCHに変更したところ−30dB以下であった。次に上記検出側からGI50にて光を入射し、ミラー付き光導波路端面から出力される光を検出したところ、1.5dBであり良好であった。検出位置を隣のミラー付き光導波路の端面306に変更したところ−30dB以下であった。
波長1050nmの光を用いたところ、2.2dBであり良好であった。ミラー付き光導波路の端面306から入射する光ファイバを隣のCHに変更したところ−30dB以下であった。次に上記検出側からGI50にて光を入射し、ミラー付き光導波路端面から出力される光を検出したところ、2.0dBであり良好であった。検出位置を隣のミラー付き光導波路の端面306に変更したところ−30dB以下であった。
波長1310nmの光を用いたところ、2.2dBであり良好であった。ミラー付き光導波路の端面306から入射する光ファイバを隣のCHに変更したところ−30dB以下であった。次に上記検出側からGI50にて光を入射し、ミラー付き光導波路端面から出力される光を検出したところ、1.9dBであり良好であった。検出位置を隣のミラー付き光導波路の端面306に変更したところ−30dB以下であった。
波長1550nmの光を用いたところ、2.7dBであり良好であった。ミラー付き光導波路の端面306から入射する光ファイバを隣のCHに変更したところ−30dB以下であった。次に上記検出側からGI50にて光を入射し、ミラー付き光導波路端面から出力される光を検出したところ、2.2dBであり良好であった。検出位置を隣のミラー付き光導波路の端面306に変更したところ−30dB以下であった。
また、実施例1で作製した光モジュールとは異なり研磨の工程を行った分、製造プロセス的には煩雑であったが、得られた光モジュールのCH間の光損失ばらつきは±0.14dB(実施例1では±0.24dB)と小さかった。
また、いずれの波長においても反射減衰量は−30dB以下であった。
実施例5
(第1の実施の態様の光モジュールの作製)
<電気配線板>
厚さ0.2mmのFR−4基板の両面上に、受光素子と発光素子の実装部と、ワイヤーボンディングによって接続されるパターン、該素子を駆動させるドライバIC用のパターン、外部の筐体とに電気的に接続されるパターン、その他素子を実装するためのCu及びその表層にNi/Auめっきが施された導体パターン401、表裏の導体パターンをつなぐビアホールが形成された日立化成エレクトロニクス社製の電気配線板4を作製した(図1には、ワイヤーボンディング用の導体パターン401のみを図示する。図7には、図示しない。)。
さらに、各種素子の実装の妨げにならずアライナーD403を形成する箇所に、スペーサ用のビルドアップ材(日立化成株式会社製、商品名;AS−ZIII)を用いて電気配線表面からワイヤーボンディングの最高高さ+10μm分の厚みのスペーサを形成した(該スペーサも電気配線板4の一部とする)。次にアライナーD403として受発光部501となる位置から、光伝送路1側になる方向に2mm、前記方向と垂直方向に中心距離4.6mmとなる位置にφ0.5mmの貫通穴を形成した(該貫通穴は先に形成したビルドアップ材も貫通している)。
次に、上記で得られた電気配線板4上にワイヤーボンディング502を用いて受光素子(受光部が250μmピッチで4つ配列したフォトダイオード)及び発光素子(発光部が250μmピッチで4つ配列したVCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting LASER))、それらを駆動するためのドライバID、それらの素子の駆動を制御するための各種素子、それらを冷却する金属板(Cu)を実装した(図中には受光及び発光素子のみを図示する)。上記の4つの受光面と4つの発光面は12CHの光ファイバ(ミラー付き光導波路の端面307)のうち1〜4CHと9〜12CHと結合する位置に配置している。また、上記受光素子及び発光素子は実装面(電気配線板4側の面)と受発光面501が対向している。
<光伝送ケーブル>
実施例1に用いた光伝送路コネクタ部2の電気配線4接合側にコアパターン303と同様の樹脂を用いフォトリソグラフィー加工にて、高さ120μm、φ0.497mmの突起(アライナーC202)を2箇所形成した。アライナーC202は、ミラー付き光導波路部3接合面側(ミラー付き光導波路の端面側の垂直面204側)から1927.5μmの位置で、それらの中心間距離が4.6mmとした。その後の光モジュールの作製は実施例1と同様に作製した。
<光モジュール>
実施例1に用いた光伝送路コネクタ部2の電気配線4接合側にコアパターン303と同様の樹脂を用いフォトリソグラフィー加工にて、高さ120μm、φ0.497mmの突起(アライナーC202)を2箇所形成した。アライナーC202は、ミラー付き光導波路部3接合面側から1927.5μmの位置で、それらの中心間距離が4.6mmとした。その後の光モジュールの作製は実施例1と同様に作製した。
<電気配線板付き光モジュール>
次に、上記で得られた電気配線板4と、光モジュールとを、アライナーC202及びアライナーD403にて接合し、電気配線板付き光モジュールとした。このとき受発光面501とミラー付き光導波路の端面307との距離は50μmであった。また、受発光素子5、ドライバIC、放熱体等に上記光モジュール(光伝送路コネクタ部2やミラー付き光導波路部3や押さえ治具部6)に干渉することはなく、組み立てが容易であった。さらに上記で用いた熱硬化性接着剤を用いてミラー付き光導波路の端面307と受発光面とを封止した。
光ファイバの1〜4CHに入力した光信号は受光素子に良好に伝搬し駆動することを確認した。発光素子からの光信号は9〜12CHから良好に出力されていた。
また、ミラー付き光導波路の端面307と受発光面501の最大ずれ量は2μmであった。
実施例6
実施例5において、光ファイバの両端を光モジュールとした以外は同様の方法で光モジュールを作製した。なお、一方端の光モジュールの受光素子(発光素子)は、もう一方端の発光素子(受光素子)と光学的に結合されている。
その結果、一方の電気配線板4へ電気的に入力された光信号は、発光素子にて電気/光変換され、もう一方の電気配線板4に実装された受光素子にて再度電気信号に変換され、良好に信号の送受が可能であった。
実施例7
(図3の第2の実施の態様の光モジュールの作製)
<電気配線板>
厚さ0.15mmのFR−4基板の両面上に、受光素子と発光素子のフリップチップ用パッドと、該素子を駆動させるドライバIC用のパターン、外部の筐体とに電気的に接続されるパターン、その他素子を実装するためのCu及びその表層にNi/Auめっきが施された導体パターン401、表裏の導体パターンをつなぐビアホールが形成された日立化成エレクトロニクス社製の電気配線板4を作製した(図2には受光素子と発光素子のフリップチップパッドのみを図示する、図7には、図示しない)。
次いで実施例6で形成したビルドアップ材を形成せずにアライナーD403を形成した(貫通穴)。さらにルーター加工によって幅120μm、長さ4.2mmの開口部402を形成し、さらに該開口部402と接続した幅250μm、長さ4.2mm、深さ50μmの凹部(アライナーD403)を形成した。
次いで電気配線板4上にフリップチップ実装で受光素子(受光部が250μmピッチで4つ配列したフォトダイオード)及び発光素子(発光部が250μmピッチで4つ配列したVCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting LASER))、それらを駆動するためのドライバID、それらの素子の駆動を制御するための各種素子、それらを冷却する金属板(Cu)を実装した(図中には受光及び発光素子のみを図示する)。上記の4つの受光面と4つの発光面は12CHの光ファイバ(ミラー付き光導波路の端面307)のうち1〜4CHと9〜12CHと結合する位置に配置している。また、上記受光素子及び発光素子は実装面(電気配線板4側の面)と受発光面501が同一方向となり、受発光面501は、開口部402内に位置している。
<ミラー付き光導波路>
実施例1において、ミラー付き光導波路の突出長を200μm延長した以外は同様の方法でミラー付き光導波路を作製した。その後、実施例1と同様にミラー付き光導波路部3付きの光伝送路ケーブルの複合体である光モジュールを作製した。
<押さえ治具>
アライナーB201とアライナーA’602が位置合わせされ接合されたときに光伝送路コネクタ部2におけるミラー付き光導波路端面側の底部205よりも50μm突出するように押さえ治具を変更した。この突出部がアライナーC202の一部となる。
<電気配線板付き光モジュールの作製>
上記で得られた光モジュールを、上記で得られた電気配線板4の受光及び発光素子5実装面と反対の面側から、光伝送路コネクタ部2及び押さえ治具部6に設けられたアライナーC202及び電気配線板4に設けられたアライナーDとを嵌合させて電気配線板付き光モジュールとした。このとき受発光面501とミラー付き光導波路の端面307との距離は60μmであった。また、このときにクランプ10を取り外しても、光伝送路コネクタ部2とミラー付き光導波路部3と押さえ治具部6とがばらばらになることはなかった。さらに上記で用いた熱硬化性接着剤を用いてミラー付き光導波路の端面307と受発光面501とを封止した。これ以降の工程で、光伝送路コネクタ部2、ミラー付き光導波路部3、電気配線板4、押さえ治具部6とが外れることはなく良好にハンドリングが可能であった。
光ファイバの1〜4CHに入力した光信号は受光素子に良好に伝搬し駆動することを確認した。発光素子からの光信号は9〜12CHから良好に出力されていた。
また、ミラー付き光導波路の端面307と受発光面501の最大ずれ量は2μmであった。
実施例8
実施例7で形成した電配線板付きの光モジュールを実施例6と同様に光ファイバの両端に設けた。なお、一方端の光モジュールの受光素子(発光素子)は、もう一方端の発光素子(受光素子)と光学的に結合されている。
その結果、一方の電気配線板へ電気的に入力された光信号は、発光素子にて電気/光変換され、もう一方の電気配線板に実装された受光素子にて再度電気信号に変換され、良好に信号の送受が可能であった。
実施例9
(図4の第2の実施の態様の光モジュールの作製)
実施例4で形成した光モジュールを組み立てる前に光伝送路コネクタ部2に実施例5と同様のアライナーC202を設け、実施例7と同様に電気配線板4付きの光モジュールを作製した。
光ファイバの1〜4CHに入力した光信号は受光素子に良好に伝搬し駆動することを確認した。発光素子からの光信号は9〜12CHから良好に出力されていた。
また、ミラー付き光導波路の端面307と受発光面501の最大ずれ量は2μmであった。
実施例10
実施例9で形成した電配線板付きの光モジュールを実施例6と同様に光ファイバの両端に設けた。なお、一方端の光モジュールの受光素子(発光素子)は、もう一方端の発光素子(受光素子)と光学的に結合されている。
その結果、一方の電気配線板へ電気的に入力された光信号は、発光素子にて電気/光変換され、もう一方の電気配線板に実装された受光素子にて再度電気信号に変換され、良好に信号の送受が可能であった。
実施例11
実施例7において透明樹脂9としての熱硬化接着剤で封止する際に、該熱硬化接着剤を電気配線板4と光伝送路コネクタ部2との間、及び光路変換ミラー306を汚染しないように注意して、光伝送路コネクタ部2とミラー付き光導波路部3(端面側付近)間、ミラー付き光導波路部3と押さえ治具部6間に浸透させ封止と同時にそれらを接着した。その結果、クランプ10を外してもそれらは後の工程で外れることなく、ハンドリングも良好であった。
実施例12
実施例5においてミラー付き光導波路の端面307の突出長さを0μmにした以外は同様の方法で光モジュールを作製した。光損失は大きくなったが、受光及び発光素子を用いた信号伝送は可能であった。
本発明により、光路上の異物の付着等を抑制でき、省スペースで光伝送路ケーブルを搭載でき、光信号の波長帯域が広く、低損失な光モジュールを提供できる。このため、光電変換部材、光電気複合部材、オンボード上の光伝送モジュール、光伝送路ケーブル、光ファイバケーブル、光電気複合ケーブル、光インターコネクションなどの幅広い分野に適用可能である。
1.光伝送路
2.光伝送路コネクタ部
201.アライナーB
202.アライナーC
203.ミラー付き光導波路側の傾斜面
204.ミラー付き光導波路側の垂直面
205.ミラー付き光導波路端面側の底面
3.ミラー付き光導波路部
301.基板
302.クラッド層(下部クラッド層)
303.コアパターン
304.ダミーのコアパターン
305.クラッド層(上部クラッド層)
306.光路変換ミラー
307.ミラー付き光導波路の端面
308.アライナーA
309.アライナーE
310.光伝送路コネクタとの接地面側樹脂層
X1.光路変換ミラー部分の幅
X2.ミラー付き光導波路端面側の幅
4.電気配線板
401.導体パターン
402.開口部
403.アライナーD
5.受光素子(発光素子)
501.受光面(発光面)
502.ワイヤーボンディング(ワイヤー)
6.押さえ治具
601.アライナーF
602.アライナーA’
7.突出部
8.嵌合ピン
9.透明樹脂
10.クランプ

Claims (26)

  1. コアパターンと、前記コアパターンを覆うクラッド層と、前記コアパターンの光軸上に形成された光路変換ミラーと、前記コアパターンの前記光路変換ミラー側と反対側に位置する受光及び/又は発光素子接続用端面と、アライナーAとを有するミラー付き光導波路部と、
    光伝送路の少なくとも一方の端を保持し、かつ、前記アライナーAと位置合わせするためのアライナーBを有する光伝送路コネクタ部と、を有し、
    前記ミラー付き光導波路部と前記光伝送路コネクタ部とが、前記光伝送路の光軸と前記コアパターンの光軸とが前記光路変換ミラーを介して折れ曲がって光学的に結合するように、前記アライナーA及び前記アライナーBとで位置合わせされて接合された構造を有する光モジュール。
  2. 前記ミラー付き光導波路部の前記光伝送路コネクタ部との接合面と反対の面に、前記ミラー付き光導波路部を固定する押さえ治具部をさらに有する請求項1に記載の光モジュール。
  3. 前記ミラー付き光導波路部の、受光及び/又は発光素子接続用端面が、隣接する光伝送コネクタ部の面と同一平面か突出した構造である請求項1又は2に記載の光モジュール。
  4. 前記ミラー付き光導波路部のコアパターンの断面積が、前記光路変換ミラー側から受光及び/又は発光素子接続用端面側への方向に、拡大又は縮小する請求項1〜3のいずれかに記載の光モジュール。
  5. 前記ミラー付き光導波路部において、前記光伝送路コネクタ部との光路変換ミラー直下の接地面が、光伝送路の光軸垂直方向に対して傾斜している請求項1〜4のいずれかに記載の光モジュール。
  6. 前記ミラー付き光導波路部において、コアパターンが湾曲している請求項1〜5のいずれかに記載の光モジュール。
  7. 前記ミラー付き光導波路部において、光路変換ミラーの近傍のコアパターンの位置が、受光及び又は発光素子接続用端面のコアパターンの位置よりも光伝送路コネクタ側にある請求項1〜6のいずれかに記載の光モジュール。
  8. 前記ミラー付き光導波路部がフィルム状である請求項1〜7のいずれかに記載の光モジュール。
  9. 前記ミラー付き光導波路部において、前記受光及び/又は発光素子側の端面の厚みが、65μm以上500μm以下である請求項1〜8のいずれかに記載の光モジュール。
  10. 前記ミラー付き光導波路部において、コアパターンは、その光軸方向に対して垂直方向でかつ光伝送路の光軸方向に対しても略垂直方向の幅が、前記光路変換ミラー部分の幅よりも前記受光及び/又は発光素子側の端面の幅が小さい請求項1〜9のいずれかに記載の光モジュール。
  11. 前記光路変換ミラーがコアパターンの光軸上に形成された傾斜面であって、隣接するコアパターンの傾斜面とは不連続である請求項1〜10のいずれかに記載の光モジュール。
  12. 前記ミラー付き光導波路部が、基板と、その一方の面上に形成されたクラッド層及びコアパターンと、他方の面上に形成され、前記クラッド層又はコアパターンと同一屈折率の樹脂層と、を有するものである請求項1〜11のいずれかに記載の光モジュール。
  13. 前記ミラー付き光導波路部と前記光伝送路コネクタ部とは、前記光路変換ミラーの位置において前記コネクタ部の前記光伝送路の端面と接触するものである請求項1〜12のいずれかに記載の光モジュール。
  14. 前記光コネクタ部における光伝送路の先端面が、非研磨面であって、前記光伝送路の先端の凹凸の一部が、前記ミラー付き光導波路部に埋没されてなる請求項1〜13のいずれかに記載の光モジュール。
  15. さらに、受光及び/又は発光素子を有する電気配線板を含み、前記ミラー付き光導波路部における受光及び/又は発光素子接続用端面と、前記受光及び/又は発光素子の受発光面が、光学的に接続するように、前記電気配線板に前記ミラー付き光導波路部及び前記光伝送路コネクタ部が搭載されてなる請求項1〜14のいずれかに記載の光モジュール。
  16. 前記受光及び/又は発光素子が電気配線板の前記ミラー付き光導波路部側に搭載されてなる請求項15に記載の光モジュール。
  17. 前記受光及び/又は発光素子がワイヤーボンディングで電気配線板に接続されており、前記ミラー付き光導波路部の受光及び/又は発光素子接続用端面が、前記ワイヤーボンディングのワイヤーの最上部よりも前記受光及び/又は発光素子側に位置する請求項15又は16に記載の光モジュール。
  18. 前記受光及び/又は発光素子が電気配線板の前記ミラー付き光導波路部側とは反対側に搭載されており、前記受光及び/又は発光素子の受発光面は前記ミラー付き光導波路部側にある請求項15に記載の光モジュール。
  19. 前記電気配線板が開口部を有し、前記開口部内に前記ミラー付き光導波路部の受光及び/又は発光素子接続用端面が配置されてなる請求項15〜18のいずれかに記載の光モジュール。
  20. 前記光伝送路コネクタ部及び/又は前記押さえ治具部がアライナーCをさらに有し、前記電気配線板がアライナーDをさらに有し、押さえ治具前記アライナーC及び前記アライナーDとで位置合わせされて接合されてなる請求項15〜19のいずれかに記載の光モジュール。
  21. 前記ミラー付き光導波路部が前記光路変換ミラーと位置の相関が確保された傾斜面からなるアライナーEをさらに有し、前記押さえ治具部がアライナーFを有し、前記ミラー付き光導波路部と前記押さえ治具部とがアライナーEと前記アライナーFとで位置合わせされて接合される請求項15〜20のいずれかに記載の光モジュール。
  22. 前記光モジュールにおける前記ミラー付き光導波路部の受光及び/又は発光素子接続用端面と、電気配線基板における前記受光及び/又は発光素子とが、透明樹脂によって封止されてなる請求項15〜21のいずれかに記載の光モジュール。
  23. 光伝送路を光伝送用コネクタ部に搭載する工程A、
    コアパターンと、前記コアパターンを覆うクラッド層と、前記コアパターンの光軸上に形成された光路変換ミラーを有するミラー付き光導波路部と、前記光伝送路コネクタ部とが、前記光伝送路の光軸と前記コアパターンの光軸とが前記光路変換ミラーを介して折れ曲がって光学的に接合する工程B、
    前記工程Bの後に、前記光伝送路コネクタ部及び前記ミラー付き光導波路部を、受光及び/又は発光素子を有する電気配線板に接合する工程Cを有する光モジュールの製造方法。
  24. 前記工程Bが、ミラー付き光導波路部に具備されたアライナーAと前記光伝送路コネクタ部に具備されたアライナーBとを位置合わせすることで接合する請求項23に記載の光モジュールの製造方法。
  25. 前記工程Bと工程Cの間に、前記ミラー付き光導波路部の前記光伝送路コネクタ部との接合面と反対の面に、前記ミラー付き光導波路部を、押さえ治具部により固定する工程Dを有する請求項23又は24に記載の光モジュールの製造方法。
  26. 前記工程Cが、光伝送路コネクタ部及び/又は前記押さえ治具部に具備されたアライナーCと前記電気配線板に具備されたアライナーDとを位置合わせして接合する請求項25に記載の光モジュールの製造方法。
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