JP2017223742A - 光デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】小型の光デバイスを提供する。
【解決手段】光デバイス１は、平面基板１１と、平面基板上に形成された光集積回路１４と、光集積回路と光ファイバ１５とを接続するための接続部品１７とを含み、光集積回路を搭載する平面基板の一部は、平面基板が切り取られることにより形成された切り欠き部６１となっており、接続部品は、平面視で切り欠き部に配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、光通信用の光送受信モジュール等の光デバイスに関し、特に、光集積回路型光デバイスの構造に関する。

スマートフォン等を用いたモバイルインターネットサービス、またはデータセンタに集約したサーバを用いたクラウドコンピュータサービス等の普及により、高品質の動画や音声の情報をはじめとする膨大な情報が情報通信ネットワークにより伝送されている。さらに、それらサービスの多様化、拡充、高度化、および利用する個人や法人の増加により、情報通信ネットワークを流れる情報量、すなわちネットワークのトラフィックは年々増加しており、将来のネットワークの伝送容量が既存の情報通信ネットワークの伝送容量を上回ることが予想されている。このような状況を背景に、通信ネットワークの伝送容量を大幅に拡大することが社会的な課題になっている。

光通信の伝送容量を拡大するために、光の位相、または光の位相と強度を２段階以上に変調する多値変調方式を用いて光信号を伝送するデジタルコヒーレント伝送方式が導入されている。このような伝送システムを実現するために、光の位相または強度を高速で多値変調する光変調器や、光の位相または偏波を制御し干渉させることにより光の位相情報を強度情報に変換して光信号を多チャンネルの電気信号に変換する光受信器等の光デバイスが用いられている。

上記したような、複雑かつ高度な光信号処理を行う光デバイスとしては、一般的に、平面基板上で光導波路を構成要素として構成される平面基板形光集積回路が用いられる。

以下の説明では、上記の平面基板型光集積回路を、単に「光集積回路」と称し、平面基板型光集積回路を用いた光デバイスを、「光集積回路型光デバイス」と称する。また、平面基板とそれに搭載された光集積回路とを合わせて、「光回路基板」と称する。

光ファイバ１本あたりの伝送容量を増加させるには、上記のようなデジタルコヒーレント伝送方式に加えて、波長多重通信方式が採用されることが多い。この場合、一つの波長チャネルにつき、送信側に光変調器、受信側に光受信器がそれぞれ１台ずつ用いられるので、例えば４０波長の波長多重通信の場合には、それらの光デバイスは、送信側と受信側でそれぞれ４０台ずつ必要になる。このように、多数の光デバイスが用いられる光通信システム装置では、とりわけ、光デバイスが小型であることが望まれる。通常、光デバイスはプリント基板の上に搭載されるが、光デバイスが小型であれば、１枚のプリント基板への搭載数が多くなり、光通信システム装置を小型にすることができる。また、同じ大きさの光通信システム装置の場合でも、光デバイスの搭載数が多くなる分、処理能力が向上する。

近年、インジウムリン(InP)といった半導体をベースとした半導体光集積回路や、コアを、シリコンまたはクラッドを石英とするシリコン光導波路により光回路レイアウトが形成されたシリコンフォトニクス光集積回路の研究開発が進展し、実用化の段階に来ている。これらの光集積回路は、光の位相や強度の高速変調、光信号の電気信号変換等、多様で高度な光信号処理機能が実現でき、また、光導波路レイアウトの曲率半径を非常に小さくすることができ、これにより結果として、光集積回路基板のサイズを大幅に小さくすることができる。一般的に、光集積回路基板は１辺が数ｍｍ程度の小さいサイズとすることができる。

図１２は、半導体またはシリコンフォトニクス光集積回路を用いた従来の光集積回路型光デバイス１００の構造の一例を模式的に示す図である。

この光デバイス１００は、基本的には、光集積回路基板１０１および電気回路１０２をパッケージ（筐体）１０３に収容することにより、構成される。パッケージ１０３は、金属、セラミックまたはプラスチック等により形成される。光集積回路基板１０１がパッケージ１０３に収容されるのは、プリント基板上への実装、比較的脆弱な光集積回路１０４の保護、または／および、光集積回路１０４と電気回路１０２との配線等に起因する都合によるからである。図１２において、光導波路１１１は、光ファイバ１０５と接続されている。

なお、図１２では、光デバイス１００内に電気回路１０２が備えられる場合について示されているが、光デバイス１００を実装するプリント基板上に電気回路１０２が備えられ、この電気回路１０２と光デバイス１００内の光集積回路１０４とが電気配線で直接接続される場合があるため、光デバイス１００内には電気回路が無い場合もある。

図１２において、光デバイス１００では、複数本の光ファイバ１０５が光集積回路１０４と接続され、外部との入出力を行う。光ファイバ１０５の各々は、接続部品１０７によって、集積回路基板１０１に装着して固定される。このとき、光ファイバ１０５の各々は、Ｖ溝のガラス基板等を用いて所定の間隔(ピッチ)で配列される。

また、パッケージ１０３を貫通するパッケージ部分の光ファイバ１０５は、光ファイバ取り出し部１２０のファイバ固定部１０８によって固定される。このファイバ固定部１０８によって、光ファイバ１０５への引っ張りや曲げが生じ得る外力が抑制され、これにより、接続部品１０７、および接続部品１０７と光集積回路基板１０１との固定部分が保護される。なお、図１２において、ブーツ１１０は、光ファイバ取り出し部１２０に備えられる。

ファイバ固定部１０８と光集積回路基板１０１との相対的な位置誤差や位置変動(温度変動等による)、または／およびパッケージ１０３と光集積回路基板１０１との相対的な位置誤差や位置変動(温度変動等による)を光ファイバ１０５の撓みで調整するために、ファイバ１０５が接続される接続部品１０７の後端と、ファイバ固定部１０８のパッケージ内壁との間は若干の間隔を有する。

一般的に、接続部品１０７も、数ｍｍ程度の長さが必要となり、光集積回路基板１０１の光入出力端１０９からパッケージ１０３の内壁までの寸法Ｌｃは、接続部品１０７の長さよりも若干長くなる。図１２に示した「Ｌｃ」の寸法は、光ファイバ１０５との接続のために必要な寸法である。

パッケージの長さＬｐ、すなわち光デバイス１００の一辺の寸法は、図１２に示した「Ｌｃ」の寸法分だけ長くなるが、光集積回路基板１０１の長さは数ｍｍと小さいため、光デバイス１００の全寸法Ｌｐに占める、パッケージの長さＬｃの割合は大きくなる。

特許文献１に開示されているように、光集積回路がマルチチップで構成される場合、すなわち、複数の光集積回路基板が接続されて構成される場合、光集積回路基板１０１に接続部品１０７が接続される位置は、光集積回路基板１０９の後端ではなく、前端に配置することにより、パッケージの長さを短縮できる。

図１３は、かかる光デバイス２００の構成の一例を示す図である。光集積回路２０４は、光集積回路基板２０１Ａと光集積回路基板２０１Ｂとが接合されて構成される。

一般的に、光集積回路をマルチチップで構成する理由は、高速光変調が可能なニオブ酸リチウム結晶型光集積回路と分岐、合流、波長合分波、偏波制御に優れたシリコン基板石英系光集積回路の組み合わせのように、光集積回路基板の種類により機能上の長所と短所があり、長所を利用するためである。

図１３では、光集積回路基板２０１Ａは石英系の光集積回路基板であり、光集積回路基板２０１Ｂはニオブ酸リチウム結晶型の光集積回路である。

光集積回路基板２０１Ｂは、電気回路２０２と隣接するように配置されている。光集積回路基板２０１Ａの幅に対して、光集積回路基板２０１Ｂの幅の方が小さく、光集積回路基板２０１Ａの前端付近、かつ光集積回路基板２０１Ｂの側端付近に光集積回路２０４が無い空間ができるために、ここに接続部品２０７を配置している。

光ファイバ２０５は、パッケージ２０３の側壁２０３ｃに設けられたファイバ取り出し部２２０からパッケージ２０３の外部に取り出される。

なお、図１３では、ファイバ取り出し部２２０は、パッケージ２０３の側壁２０３ｃに設けられているが、パッケージ２０３の後壁２０３ｂに設けることもできる。この場合、接続部品２０７を介した光ファイバ２０５は、１８０°曲げられて光集積回路基板２０１Ａの上を通るように備えられることから、光ファイバ２０５が光集積回路２０４の表面に接触し、状況次第では光集積回路２０４が破損することもあり得る。そのため、光集積回路２０４を保護する必要がある。しかし、例えば、光ファイバ２０５の許容最小曲げ半径が、パッケージ２０３の幅よりも十分に小さくない場合には、ファイバ取り出し部２２０をパッケージ２０３の後壁２０３ｂに設けることができないため、パッケージ２０３の幅を拡大する必要がある。

また、ファイバ取り出し部２２０は、パッケージ２０３の前壁２０３ａに設けることもできる。この場合、光ファイバ２０５が電気回路２０２の上を通るように備えられることになる。この場合、電気回路２０２と光ファイバ２０５とが接触することもあり得ることから、ファイバ取り出し部２２０が必ずしも前壁２０３ａに設けることができるとは限らない。電気回路２０２と光ファイバ２０５との接触を避けるため、パッケージ２０３の幅は拡大する必要がある場合もある。

なお、図１３では、光集積回路２０４は、マルチチップで構成する場合が示されているが、その必要がない場合でも、複数かつ同一種類の光集積回路基板を接合してマルチチップ構成とし、接続部品２０７を設置する空間を作り出すことも考えられる。しかし、一般的に、光集積回路基板同士を接合するための製造コストを考えると、それは実用的ではない。また、接合した光集積回路基板をパッケージに実装する際には、温度や湿度が変動することにより、接合部分２０７に応力がかからないよう工夫する必要があるため、製造コストが割高となる。

特許第５７５９６２２号

上記のとおり、光集積回路の小型化の進展により、光デバイスの小型化が図られている。しかしながら、光ファイバを光回路基板と接続するために要する長さ、すなわち、光ファイバを接続する側の光回路基板の光入出力端から、パッケージ壁までの長さ（図１２の「Ｌｃ」）により、小型化が制約されていた。

上述した図１２の「Ｌｃ」の長さを短くするために、接続部品を小さくすることが考えられるが、一般的に、接続部品は、光ファイバをＶ溝基板と平面基板とで挟んでそれらを接着剤で固定するので、数ｍｍ程度の長さが必要になる。しかし、接続部品のサイズが小さくなった場合でも、接続部品の構成部材の組み立てが難しくなり、接続部品の製造コストが高くなり得る。

また、光デバイスを作製する場合には、接続部品は光回路基板に接続することになる、すなわち、接続部品の位置決めをして接着剤等で接続部品を光回路基板に固定するが、この場合、接続部品は把持されることになるため、ある程度の長さが必要になる。すなわち、接続部品の長さを短くするのには、制約がある。

本発明は、このような状況下においてなされたものであり、その目的は、小型の光デバイスを提供することである。

上記の課題を解決するため、本発明は、平面基板と、前記平面基板上に形成された光集積回路と、前記光集積回路と光ファイバとを接続するための接続部品とを含み、前記光集積回路を搭載する前記平面基板の一部は、当該平面基板が切り取られることにより形成されたる切り欠き部となっており、前記接続部品は、平面視で前記切り欠き部に配置されている。

前記切り欠き部は、前記平面基板の端面が傾斜するように形成され、前記接続部品と前記光集積回路とは、前記平面基板の傾斜面にそって接続されているようにしてもよい。

前記接続部品の端面が傾斜するように形成されているようにしてもよい。

前記平面基板は、略矩形状に形成されており、前記切り欠き部により２つの端面が切り欠いて形成されているようにしてもよい。

前記平面基板、前記光集積回路および前記接続部品は、パッケージにより封止されているようにしてもよい。

本発明によれば、小型の光デバイスを提供することができる。

第１実施形態の光集積回路型光デバイスの構成例を示す図である。 第１実施形態の光集積回路型光デバイスにおいて、切り欠き部の形成方法の一例を示す図である。 第２実施形態の光集積回路型光デバイスの構成例を示す図である。 第２実施形態の光集積回路型光デバイスの実装例を説明するための図である。 第３実施形態の光集積回路型光デバイスの構成例を示す図である。 第３実施形態の光集積回路型光デバイスの実装例を説明するための図である。 第４実施形態の光集積回路型光デバイスの構成例を示す図である。 第４実施形態の光集積回路型光デバイスにおいて、固定治具により光集積回路基板を固定した状態で光入出力端の端面を形成する様子を説明するための図である。 第５実施形態の光集積回路型光デバイスの構成例を示す図である。 第６実施形態の光集積回路型光デバイスの構成例を示す図である。 第７実施形態の光集積回路型光デバイスの構成例を示す図である。 従来の光集積回路型光デバイスの構成を示す図である。 従来の別の光集積回路型光デバイスの構成を示す図である。

＜第１実施形態＞
以下、本発明の第１実施形態に係る光集積回路型光デバイス１について説明する。図１は、光集積回路型光デバイス１の構成例を示す図である。

この光デバイス１は、基本的に、平面基板型光集積回路１４および電気回路１２をパッケージ（筐体）１３に収容することにより構成されている。なお、図１では、平面基板型光集積回路１４および電気回路１２の各内部構成の詳細は省略して示している。また、平面基板型光集積回路１４には、便宜上、外部と光の入出力を行うための光導波路の一部だけが示しているが、実際にはそれ以外の光導波路も多数存在することになる。

以下の各実施形態の説明では、平面基板型光集積回路を「光集積回路」と称し（図１の例では、光集積回路１４）、平面基板とその表面に搭載された光集積回路とを合わせて、「光回路基板」と称する（図１の例では、光回路基板９）。

光集積回路１４は、シリコン光導波路（以下、「光導波路」と略す。）９１を含む。この光導波路９１は、シリコンで形成された平面基板１１と、石英で形成されたクラッドと、シリコンで形成されたコアとを含んで構成されている。

この実施形態の光デバイス１では、複数本の光ファイバ１５が光集積回路１４に接続され、これにより、光集積回路１４は、光ファイバ１５を介して、光デバイス外部との間で光の入出力を行うことができる。なお、光集積回路１４は、光を入力することのみ、または出力することのみとすることも可能である。

光回路基板９の一端をＬ字状に形成するための空間領域としての切り欠き部６１には、光ファイバ５と光回路基板９とを接続するための接続部品１７が設けられている。なお、切り欠き部６１において、光ファイバ１５の長手方向（図１に示す例では、光集積回路基板１１の前端部１１ａと後端部１１ｄとを結ぶ方向）の長さを「Ｌｋ」とする。この「Ｌｋ」の長さは、接続部品１７よりも若干長くなるように設定される。

パッケージ１３は、光デバイス１の外観となるが、この実施形態では、パッケージ１３は、概ね長方形状に構成されている。図１に示した例では、パッケージ１３において、電気回路１２側の端部を「前端部」、それと反対側の端部を「後端部」、他の端部を「側端部」と呼ぶ。なお、図１の例では、パッケージ１３において、前端部１３ａおよび後端部１３ｂの各長さを「Ｗｐ」とする。また、光集積回路１１において、前端部１１ａの長さを「Ｗｓ」、側端部１１ｃの長さを「Ｌｓ」とする。

上述した接続部品１７は、複数本の光ファイバ１５を、Ｖ溝ガラス基板と平面ガラス基板とで挟んで接着剤で固定することにより構成される。光ファイバ１５は、パッケージ１３の後端部１３ｂを貫通して光デバイス１の外部に取り出される。この貫通部分には、光ファイバ固定部１８およびブーツ６０を含む光ファイバ取り出し部６１が設けられている。

接続部品１７は、後述する光入出力端１９に対して適切な位置に設けられるように、接着剤により光入出力端面に固定されている。

光ファイバ１５は、光ファイバ固定部１８によって、パッケージ１３の後端部１３ｂで固定される。これにより、光デバイス１の外部で光ファイバ１５に力が加わったとしても、その力が、接続部品１７にまで加わらないようにすることができる。また、ファイバ固定部１８は、光デバイス１の外部からパッケージ１３内に空気が入り込まないようにする機能を有する。

図１において、接続部品１７の後端部(光回路基板９が装着される端部とは反対側の端部)とパッケージ１３の後端部１３ｂとの間には、「Ｌｃ」で示した若干の隙間がある。この隙間によって、光ファイバ１５の若干の撓みが許容され、これにより、接続部品１７とファイバ固定部１８との間の位置誤差や、温度変動により生じる接続部品１７とファイバ固定部１８との間の若干の位置ずれが調整される。

図１において、上述した切り欠き部６１の一端面に対応して、光導波路１５の入出力端部となる光入出力端部１９を含む光入出力部１６が備えられる。

光入出力端１９は、光回路基板９の後端部１１ｄから「Ｌｋ」分だけ、光ファイバ１５の長さ方向にそって光回路基板９の前端部１１ａ側にずらして配置される。その結果、図１２に示した従来の光デバイス１００の場合に比べて、光回路基板９の後端部１１ｄとパッケージ１３の後端部１３ｂとの間の間隔Ｌｃは、上述した「Ｌｋ」の値分だけ小さくすることができる。なお、「Ｌｋ」の値が十分に大きい場合は、上記「Ｌｃ」の間隔は、光ファイバ１５との接続以外の都合で決まる。

［切り欠き部の形成方法］
次に、上述した切り欠き部６１の形成方法について、図１および図２を参照して説明する。図２は、切り欠き部６１の形成方法の一例を示す図である。

先ずは、図示しないレーザにより、光集積回路基板１１の前端部１１ａ、後端部１１ｄ、側端部１１ｂ，１１ｃが切り出すとともに、切り欠き部６１に相当する切り欠きも大まかに形成する。次に、図２に示すｓ方向に回転軸８１が回転するグラインダ８を用いて、光入出力端１９の端面１９ａとなる切り欠き部６１の端面を研磨し、それを平坦な面に加工して切り欠き部６１を形成する。この場合、粒径が小さな砥粒から形成される砥石８２が用いられる。

なお、切り欠き部６１の形成方法は、上記例に限られない。例えば、先ず、砥石を用いた機械的な切断により、長方形に光集積回路基板１１を切り出す。次に、比較的粒径の大きな砥粒から形成される砥石を使用して、グラインダ８を用いて切り欠き部６１を形成する。最後に、粒径が小さな砥石を用いて、光入出力端１９の端面１９ａを平坦に加工する。

上述した切り欠き部６１の形成方法において、光入出力端１９と、これと直角方向に形成される切り欠き部６１の一端面とに接着剤を充填することで、光回路基板９に対する接続部品１８の固定強度を上げることができる。なお、上述した接着剤としては、熱や湿度による膨張が小さいものであることが好ましい。

以上のように、光回路基板９の切り欠きの空間に接続部品１５を配置することにより、光デバイス１の長さＬｐを小さくする、すなわち光デバイス１を小型化することができる。

光集積回路１４の中には、比較的長さが長い光素子があり、その長さは、図１に示した「Ｌｓ」に近い。これにより、光回路基板９の長さＬｓが決まってしまう。また、製造時の光回路基板９の取扱やパッケージ１３に対する固定や接続部品１５を接続する幅の確保などの都合を考慮すると、光回路基板９の幅Ｗｓも、ある程度の寸法を確保する必要がある。従って、光集積回路１４のレイアウトを工夫することにより、切り欠き部６１を設けない場合と比較して、光回路基板９の寸法、ＬｓおよびＷｓを大きくすることなく、切り欠き部６１を設けることができる。

なお、本実施形態では、接続部品１７により光ファイバ１５を光回路基板９に装着しているが、光入出力端面と光ファイバ端面との間にレンズを配置し、レンズを用いてそれらの間の光結合を行う場合にも、本実施形態の光デバイス１を適用することができる。

また、本実施形態では、光回路基板９の側端部１１ｂと後端部１１ｄとに対応する領域にＬ字形の切り欠き部６１を形成しているが、前端部１１ａと側端部１１ｂにかかる領域に切り欠き部６１および光入出力端１９を設けることも考えられる。この場合、光ファイバ１５は、電気回路１２の上または電気回路１２に接近して配線される。あるいは、光回路基板９の後端部１１ｄの幅方向の中央付近にコの字形の切り欠き部を形成し、後端部１１ｄと平行な端面に光入出力端１９を設けて、光ファイバ１５を接続する構成もある。

本実施形態では、光入出力端１９を後端部と平行に設けているが、側端部１１ｂと平行に設ける構成も考えられる。この場合、光ファイバ取り出し部６０は、パッケージの側端部に設けられ、パッケージの幅Ｗｐを小さく効果が得られる。

本実施形態では、光入出力端１９を後端部と平行に設けているが、光入出力端１９を後端部に対して傾斜させ、これと接続する部分における光ファイバ１５の長手方向である長さ方向に対して傾斜させる構成もある。この場合、光ファイバ取り出し部６１は、パッケージの後端部１３ｂ、側端部、または、後端部１３ｂと側端部とがなす角の部分に設けられ、光ファイバ１５は上記長さ方向に対して傾いた状態でパッケージ１３から取り出される。このような構成は、光デバイスを含む光伝送システム装置において、光デバイス１の後端部に接近して他のデバイスを実装させる際に有効である。

＜第２実施形態＞
以下、本発明の第２実施形態である光集積回路型光デバイス２について説明する。図３は、本実施形態の光集積回路型光デバイス２の一例を示す構成図である。本実施形態の以下の説明では、特に記述しない限り、第１実施形態の説明で用いた用語および記号をそのまま用いる。

本実施形態の光デバイス２は、第１実施形態の光デバイス１とほぼ同様の構成を有するものであるが、図３に示した「Ｌｃ」の間隔が図１に示したものよりも大きくなっている。

光デバイス２は、基本的に、平面基板型光集積回路２４および電気回路２２をパッケージ２３に収容することにより構成される。なお、図３に示す電気回路２２、パッケージ２３、および平面基板型光集積回路２４は、それぞれ、図１に示した電気回路１２、パッケージ１３、および平面基板型光集積回路１４と同様の構成である。

パッケージ２３は、概ね長方形状に構成されており、図３の例でも、図１に示したものと同様に、「Ｗｐ」は、パッケージ２３の前端部２３ａおよび後端部２３ｂの各長さを示し、「Ｗｓ」は光集積回路２１の前端部２１ａの長さを示す。また、「Ｌｓ」は光集積回路２１の側端部２１ｃの長さを示す。

図３においても、光回路基板９の一端をＬ字状に形成するための切り欠き部８２が設けられ、切り欠き部８２の一端である光入出力端部２９には、光ファイバ２５をアレイ化して固定した接続部品２７が接続されている。この実施形態では、長さ方向における光入出力端２９と後端部２１ｄとの間の距離Ｌｋは、実施形態１の図１で示したものよりも長く設定される。

上述した「Ｌｋ」の値は、接続部品２７の長さと光ファイバ２５の最小曲げ半径(曲げ損失や破断等を考慮して許容される最小の半径)とを足した長さを若干上回る長さに設定される。パッケージ２３の内部において、光ファイバ２５は、接続部品２７の後端部付近から最小曲げ半径にて９０°曲げられ、光回路基板９の後端部２１ｄとパッケージ２３の後端部２３ｂの内壁との間を通って、側端部２１ｃから取り出される。光ファイバ取り出し部６２は、後端部２１ｄに近い側壁部分に設けられる。

光回路基板９の後端部２１ｄとパッケージ２３の後端部２３ｂ（の内壁）との間隔Ｌｃは、光ファイバ２５を通せる分だけの間隔は確保される。接続部品２７と光ファイバ２５を曲げる領域とを切り欠き部８２の空間に配置することにより、光回路基板９の後端部２１ｄをパッケージ２３の後端部２３ｂに接近させて配置できるので、長さ方向について、パッケージ２３の長さＬｐを小さくすることができる。

また、この実施形態の光デバイス２では、接続部品２７の後端部からファイバ固定部２８までの間隔は大きくなるように設定し、光デバイス２内の光ファイバ２５の長さを長くするようにしている。これにより、接続部品２７とファイバ固定部２８との相対的な位置変動を許容するための範囲が広くなり、結果として、パッケージ２３の材料として、温度または／および湿度による膨張や収縮が大きい材料、すなわち、安価な材料を選択することが可能になり、光デバイス２の低コスト化が実現する。

図４（ａ）は、図３の光デバイス２がボード９１内に実装された場合の構成一例として、パッケージ２３の後端部２３ｂをボード９１の端部に接近させてそれらの間隔を「Ｌｄ」に設定した場合の構成を示している。これは、光ファイバ取り出し部６２が、パッケージ２３の側端部２３ｃに配置されるからである。また、図４（ｂ）に示す例では、パッケージ２３の後端部２３ｂを他のデバイス１０００（もう一つの光デバイス２を含む。）に接近させて、これらをボード９１内に実装する場合の構成を示している。

さらに、本実施形態の光デバイス２は、単に小型化が実現するだけでなく、光ファイバ２５の取り出し位置が異なる複数の光デバイス（例えば、光ファイバ２５の取り出し位置が、パッケージ２３の側端部２３ｃ，２３ｄ、前端部２３ａ、後端部２３ｂ）を組み合わせることにより、より高密度に光デバイス２をボード９１に実装することが可能となる。

なお、本実施形態では、接続部品２７からファイバ取り出し部６２までの光ファイバ２５の配線は、光回路基板の後端部２１ｄとパッケージの後端部２３ｂとの間になるように構成されているが、光集積回路２４の上部になるようにすることもできる。

＜第３実施形態＞
以下、本発明の第３実施形態である光集積回路型光デバイス３について説明する。図５は、本実施形態の光集積回路型光デバイス３の一例を示す構成図である。本実施形態の以下の説明では、特に記述しない限り、第１実施形態の説明で用いた用語および記号をそのまま用いる。

本実施形態の光デバイス３は、第１実施形態の光デバイス１とほぼ同様の構成を有するものであるが、光ファイバ３５を直線接続するのではなく、ある程度曲げて接続するように構成されている。

光デバイス３は、基本的に、平面基板型光集積回路３４および電気回路３２をパッケージ３３に収容することにより構成される。なお、図５に示す電気回路３２、パッケージ３３、および平面基板型光集積回路３４は、それぞれ、図１に示した電気回路１２、パッケージ１３、および平面基板型光集積回路１４と同様の構成である。

光ファイバ３５は、接続部品３７の後端部からパッケージ３３の後端部３３ｂまでの間で曲げられており、光ファイバ取り出し部６３は、光ファイバ３５の長手方向である長さ方向に対して４５°下向きに傾けられて配置されている。

図３に示した例では、光ファイバ２５は、パッケージ２３内で直角に曲げられてパッケージの側端部２３ｃから取り出すように構成されている場合について説明した。しかしながら、接続部品２７の長さ、または光ファイバ２５の最小曲げ半径により切り欠き部８２の長さＬｋが十分に確保できず、その状況次第では光ファイバ２５を曲げてパッケージ２３の側端部２３ｃから取り出すことができない場合もあり得る。そのため、図５に示すような上記４５°下向きのファイバ３５の配置を採用することができるようにすることが好ましい。

このような配置を行うことで、接続部品３７の後端部からファイバ固定部３８までの間で光ファイバ３５を湾曲させるので、第２の実施形態の場合と同様の効果を得ることができる。すなわち、接続部品３７とファイバ固定部３８との相対的な位置変動を許容するための範囲が広くなり、結果として、パッケージ３３の材料として、温度または／および湿度による膨張や収縮が大きい材料、すなわち、安価な材料を選択することが可能になり、光デバイス３の低コスト化が実現する。

また、この光デバイス３でも、第２の実施形態の場合と同様に、より高密度に光デバイス３をボードに実装することが可能となる。例えば図６（ａ）は、図５の光デバイス３がボード９１内に実装された場合の構成一例として、パッケージ３３の後端部３３ｂをボード９１の端部に接近させてそれらの間隔を「Ｌｄ」に設定した場合の構成を示している。図６（ｂ）に示す例では、パッケージ３３の後端部３３ｂを他のデバイス１０００（もう一つの光デバイス３を含む。）に接近させて、これらをボード９１内に実装する場合の構成を示している。

＜第４実施形態＞
以下、本発明の第４実施形態である光集積回路型光デバイス４について説明する。図７は、本実施形態の光集積回路型光デバイス４の一例を示す構成図である。本実施形態の以下の説明では、特に記述しない限り、第１実施形態の説明で用いた用語および記号をそのまま用いる。

本実施形態の光デバイス４は、第１実施形態の光デバイス１とほぼ同様の構成を有するものであるが、図７に示した切り欠き部８４は、光回路基板の後端部４１ａと側端部４１ｃとの一部を面取している。面取り角をα（図７では、例えば、α＝４５°）とする。

接続部品４７の一端面は、面取り角αに伴って、ファイバ４５の長手方向に対して、４５°傾いている。

また、切り欠き部８４の一端には、光入出力端４９が、面取り角αにそって傾斜して形成される。光入出力端４９は、その傾斜配置により、光ファイバ４５の長さ方向にそった光回路基板９の前端部４１ａ側にずらして配置される。その結果、パッケージ４３の後端部４３ｂは、光回路基板９の後端部４１ｄと近接して配置させることができ、パッケージ４３の長さ方向の「Lp」の寸法を小さくすることができる。この場合、上記のとおり、光入出力端４９が傾斜配置されるので、この光入出力端４９の部分における光ファイバ４５の入射光は、反射されず、これにより、当該部分での反射戻り光が抑制される。

また、接続部品４７が面取りされても、実施形態１で示したものと同様に、パッケージ４３の「Ｌｐ」の寸法を大きくする必要はない。

一般に、光入出力端４９の端面は、平滑(表面粗さが小さい)で平坦な面であることが好ましい。このような光入出力端面は、以下のようにして形成することができる。

先ず、一般的な基板の切断方法により、光回路基板９を長方形に切り出した後、後端部４１ｄと側端部４１ｃとの一部を所定の角度（例えば、α＝４５°）を付けて切り落とし、切り欠き部８４を概ね形成する。

次に、光集積回路基板４１の後端部４１ｄに対して面取り角α（例えば、４５°）傾けて、光集積回路基板４１を固定治具で固定する。そして、研磨手段によって、切り欠き部８４の一端面を平坦な面になるように研磨し、光入出力端４９の端面４９ａを形成する。例えば図８は、かかる固定治具により光集積回路基板４１を固定した状態で光入出力端４９の端面４９ａを形成する様子を例示している。図８では、基板固定ホルダ８５が固定治具として用いられ、複数の光回路基板４１が基板固定ホルダ８５に装着されている。そして、研磨板または研磨シートが研磨手段８６として用いられ、複数の光回路基板４１の光入出力端４９の各端面４９ａが一括して研磨されるようになっている。なお、上述した基板固定ホルダ８５は、本実施形態の光入出力端４９を形成するために新たに作製する必要があるが、研磨装置または研磨手順は、公知のものを採用することができる。

以上のように、切り欠き部の端面が１つのみの平坦面である場合、従来の一般的な研磨装置、研磨方法を用いて形成することができる。すなわち、本デバイスの光回路基板の切り欠き部と光入出力端面を形成するための設備投資を抑えることができる。第１実施形態等で説明した光デバイスの光回路基板のＬ字形の切り欠き部と光入出力端面は、グラインダ(研削装置)を用いて形成することができるが、表面粗さが小さく、エッジ(基板の厚さ方向の上下の角)のチッピングを十分に小さい光入出力端面を形成できるグラインダは、一般的には、研磨機よりも高価である。

本実施形態の光デバイス４では、切り欠き部８４の端面は後端部４１ｄに対して４５°だけ傾斜した端面（α＝４５°）であったが、αの値は変更してもよい。但し、αが２５°程度以上の値でなければ、長さ方向において、後端部４１ｄに対する光入出力端面のシフト量が小さく、パッケージ４３のサイズを小さくする効果が小さくなる。αが６５°程度以上の場合も、パッケージを９０°回転させて考えれば同様である。

この実施形態の光デバイス４でも、第２実施形態の光デバイス２のように、接続部品２７の後端からパッケージ後端部３２ｂまでの間隔をある程度設けて、その空間において光ファイバ２５を曲げて、パッケージ側端部にファイバ取り出し部を設けることもできる。あるいは、第３実施形態の光デバイス３のように、パッケージ後端部にファイバ取り出し部があり、この部分で光ファイバを傾斜させる構成にすることもできる。

＜第５実施形態＞
第４実施形態の光集積回路型光デバイス４において、光ファイバ取り出し部４７の取り付け態様を変更するようにしてもよい。

図９は、本実施形態の光集積回路型光デバイス５の一例を示す構成図である。この光デバイス５の構成は、図７に示したものとほぼ同様である。本実施形態の以下の説明では、特に記述しない限り、第４実施形態の説明で用いた符号および記号をそのまま用いる。

接続部品４７Ａは、光回路基板の面取り角αにそって、光回路基板と接続され、この接続部品４７Ａは、切り欠き部８４Ａに配置されている。

光ファイバ取り出し部６４Ａは、パッケージ４３の後端部４３ｂと側端部４３ｃとが交わる隅に設けられている。このとき、光ファイバ４５は、光回路基板の傾斜面に対して、光ファイバの長手方向が垂直になるように構成される。

このように切り欠き部８４Ａに接続部品４７Ａを配置することができるので、第４実施形態のものと同様に、光デバイス５の長さ方向の寸法Ｌｐを小さくすることができる。また、この光デバイス５の接続部品４７Ａは、図７に示したものよりも、標準的な構造を有するものとなるので、光デバイス５の作製コストを低く抑えることができる。

さらに、光デバイス５の構成によって、ボード上で、各種デバイスの配置の自由度が増す。この点で、光デバイスや電気デバイスの高密度なボード実装が実現し得る。

＜第６実施形態＞
第４実施形態の光集積回路型光デバイス４において、光回路基板の面取り角αを４５°の場合について説明した。しかしながら、面取り角αは、変更することができる。例えば、図１０は、図８と同様の光デバイス６の構成例であって、面取り角αの変更例の一例として、α＝６５°の場合の構成を示している。なお、本実施形態の以下の説明では、特に記述しない限り、第４実施形態の説明で用いた符号および記号（Ｌｓ、Ｗｓ、Ｌｐ、Ｗｐ、Ｌｃ、Ｌｋ）をそのまま用いる。

このように構成しても、第４実施形態の場合の効果を得ることができる。例えば、図１０に示した切り欠き部８４の長さＬｋは、接続部品４７の長さＬｆより短くなるように設定され、接続部品４７の後端部は、光回路基板の後端部４１ｂより前端部４１ａ側に位置する。これにより、光デバイス６でも、第４実施形態のものと同様に、パッケージ４３の後端部４３ｂは、光回路基板の後端部４１ｂと近接して配置することができ、パッケージ４３の寸法Ｌｐを小さくすることができる。

一般的に、複数本の光ファイバを収容した多心の接続部品は、V溝基板とフラット基板とで光ファイバを挟んで整列させた状態で、接着剤等でそれらを固定するようにしている。しかし、接続部品の幅、すなわち、光ファイバの長手方向に対する直角方向の寸法が小さくなると、Ｖ溝基板とフラット基板が剥がれやすくなり、信頼性が低下し得る。

このような観点から、本実施形態の光デバイス６では、接続部品４７に接続された補強板７０によって、Ｖ溝基板とフラット基板が剥がれないようにしている。

＜第７実施形態＞
第４実施形態の光集積回路型光デバイス４において、光回路基板の面取り角αは、例えば７５°にするようにしてもよい。例えば、図１１は、図８と同様の光デバイス６の構成例であって、面取り角αの変更例の一例として、α＝７５°の場合の構成を示している。なお、本実施形態の以下の説明では、特に記述しない限り、第４実施形態の説明で用いた符号および記号（Ｌｓ、Ｗｓ、Ｌｐ、Ｗｐ、Ｌｃ、Ｌｋ）をそのまま用いる。

図１１では、光回路基板の面取り角αは、７５°とすることで、接続部品４７に接続される光ファイバ４５の長手方向は、光デバイス６の長さ方向に対して「β」（例えば、β＝１５°）傾斜している。すなわち、光入出力端４９における光の入射方向は、光入出力端４９の直角方向に対して、（α―β）（例えば、６０°）傾斜している。

例えば、光入出力端４９の間隔が125μmの場合、（α―β）＝６０°傾斜した光入出力端４９の光導波路端面または光ファイバ４５のコア端面の間隔は、125μm／ｃｏｓ(α―β＝60°)＝250μmとなる。仮に、β＝０°の場合、上記光入出力端４９の光導波路端面または光ファイバ４５のコア端面の間隔は、125μm／ｃｏｓ(α―β＝75°)により、約483μmとなる。

このように、「α」の値が大きくなると、光入出力端４９の光導波路端面または光ファイバ４５のコア端面の間隔が大きくなるので、光回路基板の光入出力端面や接続部品４７の端面を研磨等で形成する場合に、「α」や「β」の角度誤差により、光入出力端面における光導波路や光ファイバ４５のコアの間隔に誤差が生じやすくなり得る。

例えば、「α」の誤差が0.1°生じ、α＝75°の設計値に対して、実際にはその値が74.９°になった場合、光入出力端面の光導波路または光ファイバ３５のコアの間隔の誤差は、約4μmと比較的大きい値となる。一方、α＝60°の設計値に対して、実際には59.9°になった場合、光入出力端面の光導波路または光ファイバ３５のコアの間隔の誤差は、約0.8μmと小さくすることができる。このように、接続部品４７において、光ファイバ４５の長手方向に直角な方向に対して、光入出力端面の傾斜角度をαより小さい角度、すなわち（α―β）とすることにより、光デバイス６の作製時に生じ得る誤差（光入出力端面の光導波路または光ファイバ３５のコアの間隔の誤差）を小さくすることができる。これにより、光導波路と光ファイバ４５との間の接続損失を低減することができる。

また、本実施形態の光デバイス６のような構成では、接続部品４７、または／および接続部品４７とファイバ固定部との間を通る光ファイバ４５を配置するスペースを確保するために、パッケージ４３の寸法Wp、すなわち光デバイス６の幅寸法が大きくなるが、このような光デバイス６をボード実装して光伝送装置として採用し得る。

次に、上記各実施形態の光デバイスの変形例について説明する。

第１〜７実施形態において、光ファイバの本数は３本に限られず、任意の本数に変更することができる。例えば、光ファイバを1本としてもよい。また、光ファイバのクラッド径は任意である。例えば、125μm程度でも80μm程度の細さのクラッド径としてもよい。光ファイバのモードフィールド径も任意である。但し、第２実施形態または第３実施形態の光デバイスのような、パッケージ内で光ファイバを湾曲させて配線する場合は、クラッド径は80μm程度に小さくし、モードフィールド径が小さい (ＮＡが大きい)光ファイバを用いるのが好ましい。

第１〜７実施形態において、ファイバ固定部により、光ファイバをパッケージ内に固定するようにしているが、例えば、光デバイスが、光伝送システム装置内部のボードに実装されており、光デバイスを取り扱うのが製造現場の特定の作業者のみなどの場合には、光ファイバをパッケージ内に固定しない場合もある。

第１〜７実施形態では、光集積回路はシリコン導波路を含むが、インジウムリン(InP)といった半導体を含む光集積回路、石英等のガラス材料を含む光集積回路、またはニオブ酸リチウム結晶といった光学結晶を含む光集積回路を用いることもできる。

１，２，３，４，５，６，７ 光集積回路型光デバイス
１３，２３，３３，４３ パッケージ
１５，２５，３５，４５ 光ファイバ
１７，２７，３７，４７，４７Ａ 接続部品

Claims (5)

1. 平面基板と、
   前記平面基板上に形成された光集積回路と、
   前記光集積回路と光ファイバとを接続するための接続部品と
   を含み、
   前記光集積回路を搭載する前記平面基板の一部は、当該平面基板が切り取られることにより形成された切り欠き部となっており、前記接続部品は、平面視で前記切り欠き部に配置されている
   ことを特徴とする光デバイス。
2. 前記切り欠き部は、前記平面基板の端面が傾斜するように形成され、前記接続部品と前記光集積回路とは、前記平面基板の傾斜面にそって接続されていることを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。
3. 前記接続部品の端面が傾斜するように形成されていることを特徴とする請求項２に記載の光デバイス。
4. 前記平面基板は、略矩形状に形成されており、前記切り欠き部により２つの端面が切り欠いて形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。
5. 前記平面基板、前記光集積回路および前記接続部品は、パッケージにより封止されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の光デバイス。

Images