JP2015197488A - 光導波路、光電混載配線板、プリント基板ユニット及び光導波路製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光導波路内を伝搬する光のうち、低次モードの光が受光側に到達するのを抑制すること。
【解決手段】光導波路１は、光が伝搬するコア２と、コア２の周囲を覆う第１のクラッド３と、光の伝搬方向に対して垂直な方向のコア２の一部を光学的に塞ぐ第２のクラッド４と、を備える。コア２内を伝搬する様々なモードの光のうち、クラッド層との界面での反射回数が少ない低次モードの光は、コア２の中心付近を伝搬するため、コア２の中心付近を通る光路が第２のクラッド４により遮られることによって、低次モードの光が受光側に到達するのが抑制される。反射回数が多い高次モードの光は、コア２内を伝搬して受光側に到達する。
【選択図】図１

Description

この発明は、光導波路、光電混載配線板、プリント基板ユニット及び光導波路製造方法に関する。

従来、ステップインデックス型の光導波路は、屈折率が均一なコアを有する。そのため、光源から所定の広がり角（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ａｐｅｒｔｕｒｅ、ＮＡ）で出射される様々なモードの光は、コア内を様々なモードで伝搬する。高次モードの光は、コアとクラッドとの界面で多数回の反射を繰り返しながら受光側へ到達し、低次モードの光は、少ない反射回数で受光側へ到達する。

例えば、コアが積層され、コア間にクラッドフィルムと同様の特性を有するスペーサを挿入した構造の導波路がある（例えば、下記特許文献１参照。）。また、導波路を並列に配置し、コアのクラッド境界部に屈折率分布をもたせた技術がある（例えば、下記特許文献２参照。）。また、コアが複数に積層され、コアの低電子密度部に光電子密度部が配置された技術がある（例えば、特許文献３参照。）等、がある。

特開２００６−０２３３８５号公報 特開２０１２−０６８６３１号公報 特開２０１１−２５３０７０号公報

しかしながら、反射回数が多いとコア内を伝搬する光の光路長が長くなるため、高次モードの光の光路長は、低次モードの光の光路長よりも長くなる。従って、高次モードの光は、低次モードの光から遅れて受光側に到達する。そのため、受光側で、受光した信号光を電気信号に変換すると、ジッタが発生する。ジッタが発生すると、信号品質が劣化するという問題点がある。

低次モードの光が受光側に到達するのを抑制することができる光導波路及びその製造方法を提供することを目的とする。また、低次モードの光が受光側に到達するのを抑制することができる光導波路を有する光電混載配線板及びプリント基板ユニットを提供することを目的とする。

光導波路は、光が伝搬するコアと、コアの周囲を覆う第１のクラッドと、光の伝搬方向に対して垂直な方向のコアの一部を光学的に塞ぐ第２のクラッドと、を備える。この光導波路を製造するにあたっては、基板上に第１のクラッドの一部となる第１の層が設けられ、基板上にコアの一部となる第２の層が設けられ、第２の層が、コアとなる形状に成形される。次いで、基板上に第２のクラッドの一部となる第３の層が設けられ、第３の層が、第２の層の少なくとも一部の上に残るように成形されることによって、第２のクラッドが形成される。次いで、基板上にコアの一部となる第４の層が設けられ、第４の層が、第２のクラッドの上、及び第２の層が露出している場合には第２の層の露出している部分の上に残るように成形されることによって、第２の層とともにコアが形成される。次いで、基板上に第１のクラッドの一部となる第５の層が設けられ、第１の層とともに第１のクラッドが形成される。

光電混載配線板は、電気基板、電気光変換デバイス、上述する光導波路及び光電気変換デバイスを備える。電気基板は、電気部品及び電気配線を有する。電気光変換デバイスは、電気基板上に実装されて、電気基板から入力される電気信号を光信号に変換する。光導波路は、電気基板上に実装され、電気光変換デバイスから出力される光信号を導く。光電気変換デバイスは、電気基板上に実装されて、光導波路から出力される光信号を電気信号に変換する。プリント基板ユニットは、上述する光電混載配線板を有する。

光導波路内を伝搬する光のうち、低次モードの光が受光側に到達するのを抑制することができる。光導波路内を伝搬する光のうち、低次モードの光が受光側に到達するのを抑制することができる光導波路を製造することができる。

図１は、実施の形態にかかる光導波路の第１の例を示す図である。 図２は、図１に示す光導波路の端面を示す図である。 図３は、実施の形態にかかる光導波路の第２の例を示す図である。 図４は、実施の形態にかかる光導波路の第３の例を示す図である。 図５は、実施の形態にかかる光導波路の製造方法の一例を示す図である。 図６は、実施の形態にかかる光電混載配線板の一例を示す図である。

以下に添付図面を参照して、この光導波路、光電混載配線板、プリント基板ユニット及び光導波路製造方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。以下の各実施例の説明においては、同様の構成要素には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。

・光導波路の第１の例
図１は、実施の形態にかかる光導波路の第１の例を示す図である。図２は、図１に示す光導波路の端面を示す図である。図１及び図２に示すように、光導波路１は、光が伝搬するコア２の周囲を、コア２内に光を閉じこめる第１のクラッド３が覆い、光の伝搬方向に対して垂直な方向のコア２の中心部が第２のクラッド４によって光学的に塞がれているものである。光源１０の中心は、光導波路１の中心に合わせるように光源１０を設置する。光導波路１において、第２のクラッド４の部分には光を通さないため、光源１０の中央から出力される光は、光導波路１を伝搬しない。よって、低次モードの光が受光側に到達するのを抑制する。

光源１０から所定の広がり角で出射された信号光１１は、光導波路１の光入射側の端面５からコア２内へ入射し、光導波路１の長手方向、すなわちコア２が伸びる方向へ進み、光導波路１の光出射側の端面６へ到達し、光出射側の端面６から光導波路１の外へ出射する。従って、光の伝搬方向は、光導波路１の長手方向であり、光導波路１の長手方向に対して垂直な方向が、光の伝搬方向に対して垂直な方向となる。図１においてジグザグの矢印は、コア２と第１のクラッド３との界面で反射しながらコア２内を進む信号光１２を表している。

コア２、第１のクラッド３及び第２のクラッド４は、例えばエポキシ系樹脂などの樹脂でできていてもよい。コア２の屈折率は、第１のクラッド３及び第２のクラッド４よりも大きい。コア２内に入射した信号光１２は、第１のクラッド３との界面及び第２のクラッド４との界面において全反射しながらコア２内を進む。光導波路１は、コア２内の屈折率分布が一様であるステップインデックス型の光導波路であってもよい。

コア２及び第１のクラッド３の長さ、すなわち光導波路１の長さは、光導波路１が用いられる装置に応じて決まる。コア２の径は、光源１０から所定の広がり角で出射された信号光１１の径よりも小さい。コア２の径は、特に限定しないが、例えば９μｍ〜５０μｍ程度であってもよい。そうすれば、シングルモードファイバまたはマルチモードファイバとの結合損失を低減することができる。第１のクラッド３の径は、特に限定しないが、例えば５μｍ〜５０μｍ程度であってもよい。そうすれば、コア２内に光を閉じこめることができる。

第２のクラッド４の長さは、例えばコア２の長さと同じであってもよい。すなわち、第２のクラッド４は、光導波路１の全長にわたって設けられていてもよい。第２のクラッド４は、第２のクラッド４が設けられていない場合にコア２と第１のクラッド３との界面での反射回数が少ない光路による信号光、すなわち低次モードの信号光の伝搬を抑制することができる径を有する。そうすれば、低次モードの信号光がコア２内を伝搬するのを抑制することができる。

図１に示す光導波路１によれば、コア２の中心部が第２のクラッド４によって光学的に塞がれているため、低次モードの信号光がコア２内を伝搬して光出射側の端面６へ到達するのが抑制される。一方、高次モードの信号光は、コア２内を伝搬して光出射側の端面６へ到達し、光出射側の端面６から出射される。従って、受光側では、光導波路１から出射される高次モードの信号光を受光して電気信号に変換することになるため、ジッタの発生を抑制することができる。ジッタの発生が抑制されると、信号品質の劣化を抑制することができる。

・光導波路の第２の例
図３は、実施の形態にかかる光導波路の第２の例を示す図である。図３に示すように、第２の例では、第２のクラッド４は、光導波路１において光入射側の端面５の側に設けられており、光出射側の端面６の側には設けられていない。

第２のクラッド４は、第２のクラッド４が設けられていない場合に低次モードの信号光の伝搬を抑制することができる長さを有する。第２の例のその他の構成は、上述する第１の例と同様であるため、重複する説明を省略する。

図３に示す光導波路１によれば、光入射側の端面５の側においてコア２の中心部が第２のクラッド４によって光学的に塞がれている場合でも、低次モードの信号光がコア２内を伝搬して光出射側の端面６へ到達するのが抑制される。従って、受光側では、光導波路１から出射される高次モードの信号光を受光して電気信号に変換することになるため、ジッタの発生を抑制することができる。

・光導波路の第３の例
図４は、実施の形態にかかる光導波路の第３の例を示す図である。図４に示すように、第３の例では、第２のクラッド４は、光導波路１において光出射側の端面６の側に設けられており、光入射側の端面５の側には設けられていない。

第２のクラッド４は、第２のクラッド４が設けられていない場合に低次モードの信号光の伝搬を抑制することができる長さを有する。そうすれば、コア２内を伝搬する低次モードの信号光が光出射側の端面６へ到達するのを抑制することができる。第３の例のその他の構成は、上述する第１の例と同様であるため、重複する説明を省略する。

図４に示す光導波路１によれば、光出射側の端面６の側においてコア２の中心部が第２のクラッド４によって光学的に塞がれているため、低次モードの信号光が光出射側の端面６から出射されるのが抑制される。従って、受光側では、光導波路１から出射される高次モードの信号光を受光して電気信号に変換することになるため、ジッタの発生を抑制することができる。

・光導波路の製造方法の一例
図５は、実施の形態にかかる光導波路の製造方法の一例を示す図である。まず、工程１０１では、作業者は、例えばスピンコータなどを用いて、Ｓｉウェハやガラス基板などの基板２１の上に第１の層２２を塗布する。第１の層２２は、第１のクラッド３の一部となる。

次いで、工程１０２では、作業者は、例えばスピンコータなどを用いて基板２１の上に第２の層２３を塗布する。第２の層２３は、コア２の一部となる。

次いで、工程１０３では、作業者は、例えばスピンコータなどを用いて基板２１の上に図示しないフォトレジストを塗布し、図示しないフォトマスクを用いてフォトレジストを露光し、現像して、第２の層２３の上に図示しないレジストマスクを形成する。このレジストマスクをマスクにして、作業者は、例えばドライエッチングなどのエッチングを行って第２の層２３の不要な部分を削除し、第１の層２２の上にコア２の一部となる部分を残す。この工程１０３において、第２の層２３は、コア２となる形状に成形される。

次いで、工程１０４では、作業者は、例えばスピンコータなどを用いて基板２１の上に第３の層２４を塗布する。第３の層２４は、第２のクラッド４となる。

次いで、工程１０５では、作業者は、例えばスピンコータなどを用いて基板２１の上に図示しないフォトレジストを塗布し、図示しないフォトマスクを用いてフォトレジストを露光し、現像して、第３の層２４の上に図示しないレジストマスクを形成する。このレジストマスクをマスクにして、作業者は、例えばドライエッチングなどのエッチングを行って第３の層２４の不要な部分を削除し、コア２の一部となる第２の層２３の少なくとも一部の上に第２のクラッド４を形成する。

次いで、工程１０６では、作業者は、例えばスピンコータなどを用いて基板２１の上に、コア２の一部となる第４の層２５を塗布する。そして、作業者は、例えばスピンコータなどを用いて基板２１の上に図示しないフォトレジストを塗布し、図示しないフォトマスクを用いてフォトレジストを露光し、現像して、第４の層２５の上に図示しないレジストマスクを形成する。このレジストマスクをマスクにして、作業者は、例えばドライエッチングなどのエッチングを行って第４の層２５の不要な部分を削除し、第２のクラッド４を覆うようにコア２の一部となる部分を残す。その際、例えば図３に示すように第２のクラッド４を光入射側の端面５の側に設ける場合や、例えば図４に示すように第２のクラッド４を光出射側の端面６の側に設ける場合には、第２の層２３の露出している部分の上にも第４の層２５を残す。この工程１０６で形成されるコア２の一部となる部分と、上述する工程１０３で形成されるコア２の一部となる部分とで、コア２が第２のクラッド４を囲むように形成される。

次いで、工程１０７では、作業者は、例えばスピンコータなどを用いて基板２１の上に第１のクラッド３の一部となる第５の層２６を塗布する。この工程１０７で塗布される第１のクラッド３の一部となる部分と、上述する工程１０１で塗布される第１のクラッド３の一部となる部分とで、第１のクラッド３がコア２を囲むように形成される。そして、作業者は、基板２１から光導波路１を取り外す。それによって、光導波路１が完成する。

図５に示す光導波路の製造方法によれば、特殊な装置を用いなくても、また複雑な工程を経なくても、図１〜図４に示す光導波路１を製造することができる。

・光電混載配線板及びプリント基板ユニットの一例
図６は、実施の形態にかかる光電混載配線板の一例を示す図である。図６に示すように、光電混載配線板３１は、光導波路１、電気基板３２、電気光変換デバイス３３、光電気変換デバイス３４、電気部品３５，３６及び電気配線３７，３８を有する。光導波路１、電気光変換デバイス３３、光電気変換デバイス３４及び電気部品３５，３６は、電気基板３２に実装されている。電気配線３７，３８は、電気基板３２に形成されている。すなわち、電気基板３２は、プリント回路基板である。

電気部品３５は、例えばＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）などのＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ、集積回路）チップであり、送信データに基づいて電気信号を生成する。電気部品３５と電気光変換デバイス３３とは、電気配線３７によって電気的に接続されており、電気部品３５によって生成される電気信号は、電気配線３７を伝って電気光変換デバイス３３に与えられる。

電気光変換デバイス３３は、光導波路１の光入射側の端面に接続されている。電気光変換デバイス３３は、発光素子を有し、電気部品３５から与えられる電気信号を発光素子によって光信号に変換して光導波路１へ入射させる。光導波路１は、上述する図１〜図４に示す光導波路１である。

光電気変換デバイス３４は、光導波路１の光出射側の端面に接続されている。光電気変換デバイス３４は、受光素子を有し、光導波路１から出射される信号光を受光素子によって受光して電気信号に変換する。

光電気変換デバイス３４と電気部品３６とは、電気配線３８によって電気的に接続されており、光電気変換デバイス３４から出力される電気信号は、電気配線３８を伝って電気部品３６に与えられる。電気部品３６は、例えばＬＳＩなどのＩＣチップであり、光電気変換デバイス３４から与えられる電気信号に基づいて受信データを生成する。

プリント基板ユニットは、例えば筐体内に上述する光電混載配線板３１を納めたものであってもよい。筐体には、他のプリント回路基板や他の装置などとの接続に用いられるコネクタが設けられていてもよい。

図６に示す光電混載配線板３１、及びその光電混載配線板３１を有するプリント基板ユニットによれば、光電気変換デバイス３４には低次モードの信号光が到達しない。光電気変換デバイス３４は、高次モードの信号光を受光して電気信号に変換するため、ジッタの発生を抑制することができる。従って、信号品質の劣化を抑制することができる。

実施例１〜３は、第２のクラッド４が、光の伝搬方向に対して垂直な方向のコアの中心部を光学的に塞いでいる。しかし、光源１０もしくは、光電気変換デバイス３４の中心を第２のクラッド４が光学的に塞くことで、低次モードの光の伝搬を抑止することも考えられる。

上述した各実施例を含む実施の形態に関し、さらに以下の付記を開示する。

（付記１）光が伝搬するコアと、前記コアの周囲を覆う第１のクラッドと、前記光の伝搬方向に対して垂直な方向の前記コアの一部を光学的に塞ぐ第２のクラッドと、を備えることを特徴とする光導波路。

（付記２）前記第２のクラッドは、前記コアの少なくとも光入射側に設けられていることを特徴とする付記１に記載の光導波路。

（付記３）前記第２のクラッドは、前記コアの少なくとも光出射側に設けられていることを特徴とする付記１に記載の光導波路。

（付記４）前記第２のクラッドは、前記光の伝搬方向全体にわたって設けられていることを特徴とする付記１に記載の光導波路。

（付記５）電気部品及び電気配線を有する電気基板と、前記電気基板上に実装されて、前記電気基板から入力される電気信号を光信号に変換する電気光変換デバイスと、前記電気基板上に実装され、前記電気光変換デバイスから出力される光信号を導く光導波路と、前記電気基板上に実装されて、前記光導波路から出力される光信号を電気信号に変換する光電気変換デバイスと、を備え、前記光導波路は、前記光信号が伝搬するコアと、前記コアの周囲を覆う第１のクラッドと、前記電気光変換デバイスの中心部を光学的に塞ぐ第２のクラッドと、を備えることを特徴とする光電混載配線板。

（付記６）電気部品及び電気配線を有する電気基板と、前記電気基板上に実装されて、前記電気基板から入力される電気信号を光信号に変換する電気光変換デバイスと、前記電気基板上に実装され、前記電気光変換デバイスから出力される光信号を導く光導波路と、前記電気基板上に実装されて、前記光導波路から出力される光信号を電気信号に変換する光電気変換デバイスと、を備える光電混載配線板を有し、前記光導波路は、前記光信号が伝搬するコアと、前記コアの周囲を覆う第１のクラッドと、前記電気光変換デバイスの中心部を光学的に塞ぐ第２のクラッドと、を備えることを特徴とするプリント基板ユニット。

（付記７）光が伝搬するコアと、前記コアの周囲を覆う第１のクラッドと、前記光の伝搬方向に対して垂直な方向の前記コアの一部を光学的に塞ぐ第２のクラッドと、を備える光導波路を製造するにあたって、基板上に前記第１のクラッドの一部となる第１の層を設け、前記基板上に前記コアの一部となる第２の層を設け、前記第２の層を、前記コアとなる形状に成形し、前記基板上に前記第２のクラッドの一部となる第３の層を設け、前記第３の層を、前記第２の層の少なくとも一部の上に残すように成形して、前記第２のクラッドを形成し、前記基板上に前記コアの一部となる第４の層を設け、前記第４の層を、前記第２のクラッドの上、及び前記第２の層が露出している場合には前記第２の層の露出している部分の上に残すように成形して、前記第２の層とともに前記コアを形成し、前記基板上に前記第１のクラッドの一部となる第５の層を設けて、前記第１の層とともに前記第１のクラッドを形成することを特徴とする光導波路製造方法。

１ 光導波路
２ コア
３ 第１のクラッド
４ 第２のクラッド
２１ 基板
２２ 第１の層
２３ 第２の層
２４ 第３の層
２５ 第４の層
２６ 第５の層
３１ 光電混載配線板
３２ 電気基板
３３ 電気光変換デバイス
３４ 光電気変換デバイス
３５，３６ 電気部品
３７，３８ 電気配線

Claims (6)

1. 光が伝搬するコアと、
   前記コアの周囲を覆う第１のクラッドと、
   前記光の伝搬方向に対して垂直な方向の前記コアの一部を光学的に塞ぐ第２のクラッドと、
   を備えることを特徴とする光導波路。
2. 前記第２のクラッドは、前記コアの少なくとも光入射側に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の光導波路。
3. 前記第２のクラッドは、前記コアの少なくとも光出射側に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の光導波路。
4. 電気部品及び電気配線を有する電気基板と、
   前記電気基板上に実装されて、前記電気基板から入力される電気信号を光信号に変換する電気光変換デバイスと、
   前記電気基板上に実装され、前記電気光変換デバイスから出力される光信号を導く光導波路と、
   前記電気基板上に実装されて、前記光導波路から出力される光信号を電気信号に変換する光電気変換デバイスと、
   を備え、前記光導波路は、
   前記光信号が伝搬するコアと、
   前記コアの周囲を覆う第１のクラッドと、
   前記電気光変換デバイスの中心部を光学的に塞ぐ第２のクラッドと、
   を備えることを特徴とする光電混載配線板。
5. 電気部品及び電気配線を有する電気基板と、
   前記電気基板上に実装されて、前記電気基板から入力される電気信号を光信号に変換する電気光変換デバイスと、
   前記電気基板上に実装され、前記電気光変換デバイスから出力される光信号を導く光導波路と、
   前記電気基板上に実装されて、前記光導波路から出力される光信号を電気信号に変換する光電気変換デバイスと、
   を備える光電混載配線板を有し、
   前記光導波路は、
   前記光信号が伝搬するコアと、
   前記コアの周囲を覆う第１のクラッドと、
   前記電気光変換デバイスの中心部を光学的に塞ぐ第２のクラッドと、
   を備えることを特徴とするプリント基板ユニット。
6. 光が伝搬するコアと、前記コアの周囲を覆う第１のクラッドと、前記光の伝搬方向に対して垂直な方向の前記コアの一部を光学的に塞ぐ第２のクラッドと、を備える光導波路を製造するにあたって、
   基板上に前記第１のクラッドの一部となる第１の層を設け、
   前記基板上に前記コアの一部となる第２の層を設け、
   前記第２の層を、前記コアとなる形状に成形し、
   前記基板上に前記第２のクラッドの一部となる第３の層を設け、
   前記第３の層を、前記第２の層の少なくとも一部の上に残すように成形して、前記第２のクラッドを形成し、
   前記基板上に前記コアの一部となる第４の層を設け、
   前記第４の層を、前記第２のクラッドの上、及び前記第２の層が露出している場合には前記第２の層の露出している部分の上に残すように成形して、前記第２の層とともに前記コアを形成し、
   前記基板上に前記第１のクラッドの一部となる第５の層を設けて、前記第１の層とともに前記第１のクラッドを形成することを特徴とする光導波路製造方法。

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