JP2023006113A - Optical connector and module with the same - Google Patents

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充 栗原
Mitsuru Kurihara
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Abstract

To provide a compact, thin optical connector which offers high optical coupling efficiency and can be used in optical/electrical hybrid devices.SOLUTION: An optical connector provided herein comprises an engaging member 100 having a cavity and an optical waveguide chip 200 inserted to the cavity of the engaging member, the optical waveguide chip comprising a base plate and one or more tapered optical waveguides formed on the base plate.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、光コネクタおよび光コネクタ付きモジュールに関する。 The present invention relates to an optical connector and a module with an optical connector.

光送受信機能を備えた光電気混載デバイスにおいて、従来、光信号を入出力するための光ファイバがデバイスに直接接続された構成がとられていた(例えば特許文献1の図8cを参照)。 2. Description of the Related Art Conventionally, an opto-electric hybrid device having an optical transmission/reception function has a configuration in which an optical fiber for inputting/outputting an optical signal is directly connected to the device (see FIG. 8c of Patent Document 1, for example).

国際公開第2014/156962号WO2014/156962

光電気混載デバイスの小型化を図るために、小型・薄型で光結合効率が高い光コネクタをデバイスに搭載可能とすることが求められる。 In order to reduce the size of an opto-electric hybrid device, it is required to mount a compact, thin optical connector with high optical coupling efficiency on the device.

上述した課題を解決するために、本発明の一態様は、空洞を有した嵌合部材と、前記嵌合部材の前記空洞に挿入された光導波路チップと、を備えた光コネクタであって、前記光導波路チップは、ベースプレートと、前記ベースプレート上に形成された1または複数のテーパー形状の光導波路と、を備える、光コネクタである。 In order to solve the above-described problems, one aspect of the present invention is an optical connector comprising a fitting member having a cavity and an optical waveguide chip inserted into the cavity of the fitting member, The optical waveguide chip is an optical connector comprising a base plate and one or more tapered optical waveguides formed on the base plate.

また、本発明の他の一態様は、上記一態様において、前記光導波路チップは、前記テーパー形状の光導波路のアレイを備える。 According to another aspect of the present invention, in the aspect described above, the optical waveguide chip includes an array of the tapered optical waveguides.

また、本発明の他の一態様は、上記一態様において、前記テーパー形状の光導波路のアレイは、前記ベースプレートの一方端から他方端に向かって導波路の断面積が増大する第1群のテーパー光導波路と、前記ベースプレートの前記一方端から前記他方端に向かって導波路の断面積が減少する第2群のテーパー光導波路と、を含む。 Further, according to another aspect of the present invention, in the above aspect, the array of tapered optical waveguides is a first group of tapers in which the cross-sectional area of the waveguides increases from one end to the other end of the base plate. an optical waveguide and a second group of tapered optical waveguides in which the cross-sectional area of the waveguide decreases from the one end of the base plate to the other end of the base plate.

また、本発明の他の一態様は、上記一態様において、前記1または複数のテーパー形状の光導波路は、前記ベースプレートの厚さ方向における導波路の高さが前記光導波路の長手方向に沿って変化するように構成されている。 Further, according to another aspect of the present invention, in the above aspect, the one or more tapered optical waveguides have a height of the waveguide in the thickness direction of the base plate along the longitudinal direction of the optical waveguide. configured to change.

また、本発明の他の一態様は、上記一態様において、前記1または複数のテーパー形状の光導波路は、前記ベースプレートの厚さ方向と垂直な方向における導波路の幅が前記光導波路の長手方向に沿って変化するように構成されている。 Further, according to another aspect of the present invention, in the above aspect, the one or more tapered optical waveguides have a width in a direction perpendicular to the thickness direction of the base plate, which is the longitudinal direction of the optical waveguides. is configured to vary along

また、本発明の他の一態様は、上記一態様において、前記1または複数のテーパー形状の光導波路は、前記嵌合部材と反対側の端部に光路を折り曲げるための反射構造を備える。 Further, according to another aspect of the present invention, in the aspect described above, the one or more tapered optical waveguides have a reflecting structure for bending the optical path at the end opposite to the fitting member.

また、本発明の他の一態様は、上記一態様において、前記反射構造は、前記光導波路の傾斜した端面である。 According to another aspect of the present invention, in the aspect described above, the reflection structure is an inclined end surface of the optical waveguide.

また、本発明の他の一態様は、上記一態様において、前記光導波路の前記傾斜した端面は、球面または非球面の集光ミラーである。 According to another aspect of the present invention, in the aspect described above, the inclined end surface of the optical waveguide is a spherical or aspherical condensing mirror.

また、本発明の他の一態様は、上記一態様において、前記1または複数のテーパー形状の光導波路は、前記ベースプレート上に形成された溝を用いて構成される。また、本発明の他の一態様は、上記一態様において、前記1または複数のテーパー形状の光導波路は、前記溝に埋め込まれた樹脂から構成される。 According to another aspect of the present invention, in the aspect described above, the one or more tapered optical waveguides are configured using grooves formed on the base plate. According to another aspect of the present invention, in the aspect described above, the one or more tapered optical waveguides are made of resin embedded in the grooves.

また、本発明の他の一態様は、上記一態様において、前記ベースプレート上の前記溝に反射コーティングが形成されている。 Further, according to another aspect of the present invention, in the aspect described above, a reflective coating is formed on the groove on the base plate.

また、本発明の他の一態様は、上記一態様において、前記光導波路チップは、前記嵌合部材に挿入される部分に第1溝部を備え、前記嵌合部材は、前記空洞に前記第1溝部と対応して第2溝部を備え、前記光導波路チップが前記嵌合部材に挿入された状態において、前記第1溝部と前記第2溝部が、前記光コネクタを他の光コネクタと接続する際の位置合わせ用の穴を形成する。 Further, according to another aspect of the present invention, in the aspect described above, the optical waveguide chip has a first groove in a portion to be inserted into the fitting member, and the fitting member has the first groove in the cavity. A second groove corresponding to the groove is provided, and when the optical waveguide chip is inserted into the fitting member, the first groove and the second groove connect the optical connector to another optical connector. Alignment holes are formed.

また、本発明の他の一態様は、光送受信機能を備えた光電気混載デバイスと、前記光電気混載デバイス上に搭載された上記一態様の光コネクタと、を備える光コネクタ付きモジュールである。また、本発明の他の一態様は、上記一態様において、前記光コネクタは、前記光導波路チップ上に、前記光コネクタと前記光電気混載デバイスを位置合わせするためのアライメントマーカーを有する。 Another aspect of the present invention is a module with an optical connector including an opto-electric hybrid device having an optical transmission/reception function, and the optical connector according to the above aspect mounted on the opto-electric hybrid device. According to another aspect of the present invention, in the aspect described above, the optical connector has an alignment marker on the optical waveguide chip for aligning the optical connector and the opto-electric hybrid device.

本発明によれば、光電気混載デバイスの小型化を実現することができる。 According to the present invention, miniaturization of an opto-electric hybrid device can be realized.

本発明の一実施形態に係る光コネクタの構成を示す斜視図である。1 is a perspective view showing the configuration of an optical connector according to one embodiment of the present invention; FIG. 本発明の一実施形態に係る光コネクタが適用される光モジュールの分解斜視図である。1 is an exploded perspective view of an optical module to which an optical connector according to an embodiment of the invention is applied; FIG. 光電気混載デバイスの一構成例を示す断面図である。1 is a cross-sectional view showing a configuration example of an opto-electric hybrid device; FIG. 光電気混載デバイスの一構成例を示す断面図である。1 is a cross-sectional view showing a configuration example of an opto-electric hybrid device; FIG. 本実施形態に係る光コネクタを構成する光導波路チップの詳細構成を示す図である。3 is a diagram showing the detailed configuration of an optical waveguide chip that constitutes the optical connector according to the embodiment; FIG. 光導波路チップに設けられた光導波路と光電気混載デバイスに設けられた第2光導波路の配置を示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing the arrangement of an optical waveguide provided in an optical waveguide chip and a second optical waveguide provided in an opto-electric hybrid device; 光導波路の端部近傍の構成を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing a configuration near an end of an optical waveguide; 本実施形態に係る光コネクタを構成する光導波路チップの作製工程を示す図である。4A to 4C are diagrams showing a manufacturing process of an optical waveguide chip that constitutes the optical connector according to the present embodiment; 本実施形態に係る光コネクタを構成する光導波路チップの作製工程を示す図である。4A to 4C are diagrams showing a manufacturing process of an optical waveguide chip that constitutes the optical connector according to the present embodiment; 本実施形態に係る光コネクタを構成する光導波路チップの作製工程を示す図である。4A to 4C are diagrams showing a manufacturing process of an optical waveguide chip that constitutes the optical connector according to the present embodiment;

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳しく説明する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、本発明の一実施形態に係る光コネクタの構成を示す斜視図である。光コネクタ10は、嵌合部材100および光導波路チップ200を備える。嵌合部材100は、第1面101と第1面101に対向する面である第2面102との間を貫通する空洞103を有し、この空洞103に光導波路チップ200の一部分が挿入されている。嵌合部材100の第1面101は、光コネクタ10が他の光コネクタ(図2参照)と接続される際に当該他の光コネクタと接することになる面である。嵌合部材100の空洞103に挿入されている側の光導波路チップ200の端面201は、嵌合部材100の第1面101と揃っている。すなわち、光導波路チップ200は、その端面201と嵌合部材100の第1面101が同一面をなすようにして、嵌合部材100の空洞103に挿入されている。別の例として、光導波路チップ200の端面201は、嵌合部材100の第1面101と同一面をなしていなくてもよく、光コネクタ10が他の光コネクタと接続された時に、端面201が当該他の光コネクタの光導波路と接していればよい。光導波路チップ200の形状は平板であり、空洞103は光導波路チップ200を収容できるように幅広の形状を有している。 FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of an optical connector according to one embodiment of the present invention. The optical connector 10 has a fitting member 100 and an optical waveguide chip 200 . The fitting member 100 has a cavity 103 penetrating between a first surface 101 and a second surface 102 opposite to the first surface 101, and a portion of the optical waveguide chip 200 is inserted into this cavity 103. ing. A first surface 101 of the fitting member 100 is a surface that comes into contact with another optical connector when the optical connector 10 is connected to another optical connector (see FIG. 2). The end surface 201 of the optical waveguide chip 200 on the side inserted into the cavity 103 of the fitting member 100 is aligned with the first surface 101 of the fitting member 100 . That is, the optical waveguide chip 200 is inserted into the cavity 103 of the fitting member 100 so that the end surface 201 thereof and the first surface 101 of the fitting member 100 are flush with each other. As another example, the end surface 201 of the optical waveguide chip 200 may not be flush with the first surface 101 of the fitting member 100, and when the optical connector 10 is connected to another optical connector, the end surface 201 is in contact with the optical waveguide of the other optical connector. The shape of the optical waveguide chip 200 is a flat plate, and the cavity 103 has a wide shape so as to accommodate the optical waveguide chip 200 .

光導波路チップ200は、その上面202に光導波路203を備える。光導波路203は、ベースプレート210上に形成されている。光導波路203の本数は任意であってよい。図1の光コネクタ10において、光導波路203は、複数の光導波路が近接して並列に配置された光導波路のアレイとして構成されている。別の例では、光導波路203は、1本の光導波路であってもよい。光導波路203は、光導波路チップ200の端面201(すなわち嵌合部材100の第1面101と同一面をなす面)から反対側の端面204へ向かって延びている。光導波路203の一方の端部(端面)205は、光導波路チップ200の端面201上に位置付けられており、光はこの端部205を通して、すなわち光導波路チップ200の端面201を介して、光コネクタ10と他の光コネクタとの間で伝達される。光導波路203の他方の端部206は、嵌合部材100の外であって光導波路チップ200の端面204の近傍に位置している。光導波路203の端部206には、反射ミラー(後述)が設けられている。反射ミラーは、光導波路203の端部206からの出射光、および光導波路203の端部206への入射光(出射光と入射光をまとめて符号207で示す)が、光導波路チップ200の上面202に対して垂直または垂直に近い角度になるように、光を反射する。 The optical waveguide chip 200 has an optical waveguide 203 on its upper surface 202 . Optical waveguide 203 is formed on base plate 210 . The number of optical waveguides 203 may be arbitrary. In the optical connector 10 of FIG. 1, the optical waveguide 203 is configured as an array of optical waveguides in which a plurality of optical waveguides are arranged in close proximity in parallel. In another example, optical waveguide 203 may be a single optical waveguide. The optical waveguide 203 extends from the end surface 201 of the optical waveguide chip 200 (that is, the surface flush with the first surface 101 of the fitting member 100) toward the opposite end surface 204. As shown in FIG. One end (end face) 205 of the optical waveguide 203 is positioned on the end face 201 of the optical waveguide chip 200, and light passes through this end 205, i.e., through the end face 201 of the optical waveguide chip 200, to the optical connector. 10 and other optical connectors. The other end 206 of the optical waveguide 203 is located outside the fitting member 100 and near the end surface 204 of the optical waveguide chip 200 . An end portion 206 of the optical waveguide 203 is provided with a reflecting mirror (described later). The reflecting mirror reflects light emitted from the end portion 206 of the optical waveguide 203 and light incident on the end portion 206 of the optical waveguide 203 (the emitted light and the incident light are collectively indicated by reference numeral 207) to the upper surface of the optical waveguide chip 200. It reflects light so that it is at or near a perpendicular angle to 202 .

光導波路チップ200の上面202であって嵌合部材100に挿入された部分には、端面201に通じる半円筒状の溝208が形成されている。また嵌合部材100の空洞103の天井部分にも、光導波路チップ200の溝208と相対する位置に、同様に第1面101に通じる半円筒状の溝104が形成されている。溝208と溝104は組み合わされて、嵌合部材100の第1面101に開口した円筒状の穴105を形成する。 A semi-cylindrical groove 208 leading to the end surface 201 is formed in a portion of the upper surface 202 of the optical waveguide chip 200 that is inserted into the fitting member 100 . Similarly, a semi-cylindrical groove 104 communicating with the first surface 101 is also formed in the ceiling portion of the cavity 103 of the fitting member 100 at a position facing the groove 208 of the optical waveguide chip 200 . Groove 208 and groove 104 combine to form a cylindrical bore 105 that opens into first surface 101 of fitting member 100 .

図2は、本発明の一実施形態に係る光コネクタが適用される光モジュールの分解斜視図である。光モジュール20は、光電気混載デバイス300上に、図1を参照して説明した光コネクタ10を実装して構成される。光電気混載デバイス300は、その詳細構成は図3および4を参照して後述するが、光送信部300A、光受信部300B、およびドライバIC308を少なくとも備えている。光送信部300Aおよび光受信部300Bは、デバイス300の上面301に光信号の入出射部306a(光導波路の端面)を有するように構成される。光送信部300Aは、光信号を出射部306aからデバイス300の上面301に対して垂直または垂直に近い角度で出射する。光受信部300Bには、デバイス300の上面301に対して垂直または垂直に近い角度の光信号が、入射部306aから入射される。 FIG. 2 is an exploded perspective view of an optical module to which an optical connector according to an embodiment of the invention is applied. The optical module 20 is configured by mounting the optical connector 10 described with reference to FIG. 1 on the opto-electric hybrid device 300 . The opto-electric hybrid device 300 has at least an optical transmitter 300A, an optical receiver 300B, and a driver IC 308, the detailed configuration of which will be described later with reference to FIGS. The optical transmitter 300A and the optical receiver 300B are configured to have an optical signal input/output portion 306a (an end surface of the optical waveguide) on the upper surface 301 of the device 300 . The optical transmission section 300A emits an optical signal from an emission section 306a to the upper surface 301 of the device 300 at a vertical or near-perpendicular angle. An optical signal at an angle perpendicular or nearly perpendicular to the upper surface 301 of the device 300 is incident on the optical receiving section 300B from an incident section 306a.

図2に示されるように、光コネクタ10は、光導波路チップ200のインターフェイス面202(図1における上面202)を光電気混載デバイス300側に向けて、光電気混載デバイス300の上面301に搭載される。デバイス300の上面301において、光コネクタ10における光導波路203の端部206(図1参照)は、光送信部300Aおよび光受信部300Bの入出射部306aと位置合わせされる。これにより、光送信部300Aの出射部306aから出射される光信号は、光導波路203の端部206に設けられた反射ミラー211(図6参照)を介して光コネクタ10の光導波路203に光学的に結合され、また光コネクタ10の光導波路203から端部206の反射ミラー211を介して出力される光信号は、光受信部300Bの入射部306aに光学的に結合される。なお、光コネクタ10と入出射部306aとの位置合わせは、例えば、光導波路チップ200上のアライメントマーカー209(図1参照)を用いたパッシブアライメントにより行うことができる。 As shown in FIG. 2, the optical connector 10 is mounted on the upper surface 301 of the opto-electric hybrid device 300 with the interface surface 202 (the upper surface 202 in FIG. 1) of the optical waveguide chip 200 facing the opto-electric hybrid device 300 side. be. On the top surface 301 of the device 300, the end 206 (see FIG. 1) of the optical waveguide 203 in the optical connector 10 is aligned with the input/output portions 306a of the optical transmitter 300A and the optical receiver 300B. As a result, the optical signal emitted from the emission portion 306a of the optical transmission section 300A is optically transmitted to the optical waveguide 203 of the optical connector 10 via the reflection mirror 211 (see FIG. 6) provided at the end portion 206 of the optical waveguide 203. Optically coupled optical signals output from the optical waveguide 203 of the optical connector 10 via the reflecting mirror 211 of the end portion 206 are optically coupled to the incident portion 306a of the optical receiving portion 300B. The alignment between the optical connector 10 and the input/output portion 306a can be performed by passive alignment using the alignment marker 209 (see FIG. 1) on the optical waveguide chip 200, for example.

光コネクタ10は、さらに、嵌合ピン450を用いて他の光コネクタ400と機械的に接続される。他の光コネクタ400は光ファイバ402を備えている。嵌合ピン450は、光コネクタ10側の嵌合部材100の第1面101に設けられた穴105(図1参照)と、他の光コネクタ400側に同様に設けられた穴に挿入され、これにより、光コネクタ10と他の光コネクタ400の位置合わせが行われる。このように光コネクタ10と他の光コネクタ400が接続されることで、光モジュール20の光送信部300Aおよび光受信部300Bは、光ファイバ402を通じて光信号を送受信することができる。 Optical connector 10 is further mechanically connected to another optical connector 400 using mating pins 450 . Another optical connector 400 comprises an optical fiber 402 . The fitting pin 450 is inserted into the hole 105 (see FIG. 1) provided in the first surface 101 of the fitting member 100 on the optical connector 10 side and the hole similarly provided on the other optical connector 400 side. Thereby, the optical connector 10 and the other optical connector 400 are aligned. By connecting the optical connector 10 and another optical connector 400 in this way, the optical transmitter 300A and the optical receiver 300B of the optical module 20 can transmit and receive optical signals through the optical fiber 402 .

図3は、図2の光モジュール20における光電気混載デバイス300の一構成例を示す断面図である。図3は、光送信部300Aを含む断面を示している。光電気混載デバイス300は、基板302、半導体レーザ303、光変調器304、第1光導波路305、第2光導波路306、グレーティングカプラ307、ドライバIC308、および電気配線309を備える。電気配線309は、光電気混載デバイス300の上面301と基板302の表面とを導通するためのビア309aと、基板302の表面上に形成された電気配線309bとを含む。図3は光電気混載デバイス300をその断面方向から見た図であるため1組の半導体レーザ303、光変調器304、第1光導波路305、第2光導波路306、グレーティングカプラ307、および電気配線309しか描かれていないが、複数組の半導体レーザ303、光変調器304、第1光導波路305、第2光導波路306、グレーティングカプラ307、および電気配線309が、図3における断面と垂直な方向に配列されていてもよい。また、光電気混載デバイス300は、複数のドライバIC308を備えていてもよい。 FIG. 3 is a cross-sectional view showing a configuration example of an opto-electric hybrid device 300 in the optical module 20 of FIG. FIG. 3 shows a cross section including the optical transmitter 300A. The opto-electric hybrid device 300 includes a substrate 302 , a semiconductor laser 303 , an optical modulator 304 , a first optical waveguide 305 , a second optical waveguide 306 , a grating coupler 307 , a driver IC 308 and electrical wiring 309 . The electrical wiring 309 includes vias 309a for conducting the upper surface 301 of the opto-electric hybrid device 300 and the surface of the substrate 302, and electrical wiring 309b formed on the surface of the substrate 302. FIG. Since FIG. 3 is a cross-sectional view of the opto-electric hybrid device 300, a set of a semiconductor laser 303, an optical modulator 304, a first optical waveguide 305, a second optical waveguide 306, a grating coupler 307, and electrical wiring are shown. Although only 309 is drawn, a plurality of sets of semiconductor lasers 303, optical modulators 304, first optical waveguides 305, second optical waveguides 306, grating couplers 307, and electrical wiring 309 are arranged in a direction perpendicular to the cross section in FIG. may be arranged in Also, the opto-electric hybrid device 300 may include a plurality of driver ICs 308 .

基板302は、Si(シリコン)基板またはSOI(Silicon on Insulator)基板であり、その表面に光変調器304、第1光導波路305、グレーティングカプラ307、および電気配線309bが形成されている。光変調器304は、第1光導波路305を介してグレーティングカプラ307と光学的に接続される。光変調器304、第1光導波路305(例えばSi導波路)、およびグレーティングカプラ307は、シリコンフォトニクス技術を用いて基板302の表面に形成することができる。 The substrate 302 is a Si (silicon) substrate or an SOI (Silicon on Insulator) substrate, and an optical modulator 304, a first optical waveguide 305, a grating coupler 307, and electrical wiring 309b are formed on its surface. Optical modulator 304 is optically connected to grating coupler 307 via first optical waveguide 305 . Optical modulator 304, first optical waveguide 305 (eg, Si waveguide), and grating coupler 307 can be formed on the surface of substrate 302 using silicon photonics technology.

基板302の表面には更に、半導体レーザ303およびドライバIC308が実装される。半導体レーザ303は、その出射光が第1光導波路305へ入射するように第1光導波路305の一方の端部に近接して配置される。ドライバIC308は、ドライバIC308側の電気端子(不図示)と基板302側の電気配線309bとを電気的に接続する接続電極315(例えばボールグリッドアレイ(BGA)等)を用いて、基板302上に実装される。ドライバIC308は、電気配線309bを介して半導体レーザ303、光変調器304、およびビア309aに接続されており、ビア309aから入力された電気信号に基づいて半導体レーザ303および光変調器304を駆動するように構成される。 A semiconductor laser 303 and a driver IC 308 are further mounted on the surface of the substrate 302 . The semiconductor laser 303 is arranged close to one end of the first optical waveguide 305 so that the emitted light is incident on the first optical waveguide 305 . The driver IC 308 is mounted on the substrate 302 using connection electrodes 315 (for example, ball grid array (BGA), etc.) that electrically connect electrical terminals (not shown) on the driver IC 308 side and electrical wiring 309b on the substrate 302 side. Implemented. The driver IC 308 is connected to the semiconductor laser 303, the optical modulator 304, and the via 309a via electrical wiring 309b, and drives the semiconductor laser 303 and the optical modulator 304 based on the electrical signal input from the via 309a. configured as

また、基板302上には、第2光導波路306が、基板302に対して垂直または斜めに立設して形成されている。第2光導波路306の基板302に対する傾斜角は、例えば0~10°の範囲である。第2光導波路306の基板302側の端部は、グレーティングカプラ307の直上に位置し、第2光導波路306の基板302と反対側の端部306aは、光電気混載デバイス300の上面301に位置している。 A second optical waveguide 306 is formed on the substrate 302 so as to stand vertically or obliquely with respect to the substrate 302 . The inclination angle of the second optical waveguide 306 with respect to the substrate 302 is in the range of 0 to 10 degrees, for example. The end of the second optical waveguide 306 on the side of the substrate 302 is located directly above the grating coupler 307 , and the end 306 a of the second optical waveguide 306 on the side opposite to the substrate 302 is located on the upper surface 301 of the opto-electric hybrid device 300 . are doing.

なお、基板302に立設したこのような第2光導波路306は、例えば、基板302上に所定厚で塗布したUV硬化性樹脂に基板302の上方向から細いUV光ビームを照射して、UV硬化性樹脂を、UV光ビームが通った部分だけ柱状に硬化させることによって、作製することができる。第2光導波路306が基板302に対して斜めに立設して形成される態様においては、UV光ビームが基板302表面で斜め方向に反射することによりUV硬化性樹脂の意図しない部分までもが硬化してしまうことを避けるために、好適には、基板302の表面に、UV光ビームを吸収しその反射を抑えるためのUV吸収膜(不図示)があらかじめ形成される。 In addition, such a second optical waveguide 306 erected on the substrate 302 is formed by, for example, irradiating a UV curable resin coated with a predetermined thickness on the substrate 302 with a thin UV light beam from above the substrate 302 to obtain a UV light beam. A curable resin can be made by curing in columns only where the UV light beam passes. In a mode in which the second optical waveguide 306 is formed to stand obliquely with respect to the substrate 302, the UV light beam is reflected obliquely on the surface of the substrate 302, and even an unintended portion of the UV curable resin is damaged. To avoid curing, the surface of the substrate 302 is preferably preformed with a UV absorbing film (not shown) to absorb the UV light beam and reduce its reflection.

上記のように構成された光電気混載デバイス300(光送信部300A)において、ドライバIC308を動作させるための電気信号が、ビア309aから光電気混載デバイス300に入力される。ドライバIC308は、この電気信号に基づいて半導体レーザ303および光変調器304を駆動する。半導体レーザ303から出射された光は、光変調器304によって変調された後、グレーティングカプラ307によって回折されその光路を基板302にほぼ垂直な方向に変換されて、第2光導波路306を通って光電気混載デバイス300の上面301における端部306aから出力される。この端部306aからの出力光は、前述したように、光電気混載デバイス300上に搭載された光コネクタ10の光導波路チップ200に入力される。 In the opto-electric hybrid device 300 (optical transmitter 300A) configured as described above, an electrical signal for operating the driver IC 308 is input to the opto-electric hybrid device 300 through the via 309a. A driver IC 308 drives the semiconductor laser 303 and the optical modulator 304 based on this electrical signal. The light emitted from the semiconductor laser 303 is modulated by the optical modulator 304, diffracted by the grating coupler 307, and its optical path is converted in a direction substantially perpendicular to the substrate 302, and the light passes through the second optical waveguide 306. It is output from the end portion 306 a on the upper surface 301 of the electrical hybrid device 300 . The output light from this end portion 306a is input to the optical waveguide chip 200 of the optical connector 10 mounted on the opto-electric hybrid device 300, as described above.

図4は、図2の光モジュール20における光電気混載デバイス300の一構成例を示す別の断面図である。図4は、光受信部300Bを含む断面を示している。図3および図4は、同一の光電気混載デバイス300の異なる断面を示している。図4において、前述の図3における構成要素と同じ構成要素には同じ符号を付す。図4に示されるように、光電気混載デバイス300は、基板302上の第2光導波路306下部に受光素子(フォトダイオード)310を備える。 FIG. 4 is another cross-sectional view showing a configuration example of the opto-electric hybrid device 300 in the optical module 20 of FIG. FIG. 4 shows a cross section including the optical receiver 300B. 3 and 4 show different cross sections of the same opto-electric hybrid device 300. FIG. In FIG. 4, the same reference numerals are given to the same components as those in FIG. 3 described above. As shown in FIG. 4, the opto-electric hybrid device 300 includes a light receiving element (photodiode) 310 below the second optical waveguide 306 on the substrate 302 .

受光素子310は、例えば、シリコンフォトニクス技術を用いて基板302の表面に直接形成することもできるし、あるいは別途作製したチップ型の受光素子310を基板302上に実装してもよい。受光素子310は、電気配線309bを介してドライバIC308に接続される。ドライバIC308は、受光素子310から出力される光電変換された電流信号をIV(電流電圧)変換するためのトランスインピーダンスアンプ(TIA)であってもよい。 The light receiving element 310 can be formed directly on the surface of the substrate 302 using, for example, silicon photonics technology, or a separately manufactured chip-type light receiving element 310 can be mounted on the substrate 302 . The light receiving element 310 is connected to the driver IC 308 via an electrical wiring 309b. The driver IC 308 may be a transimpedance amplifier (TIA) for IV (current voltage) conversion of the photoelectrically converted current signal output from the light receiving element 310 .

図4の構成の光電気混載デバイス300(光受信部300B)において、光電気混載デバイス300上に搭載された光コネクタ10からの光信号が、第2光導波路306にその端部306aを介して入力され、受光素子310へ入射される。受光素子310は、光信号を光電変換して電流信号を発生する。電流信号は電気配線309bを介してドライバIC308へ送られ、ドライバIC308は、この電流信号をIV変換して電圧信号を生成し出力する。ドライバIC308からの電気信号は、ビア309aからデバイス300の外部へ出力される。 In the opto-electric hybrid device 300 (optical receiver 300B) configured in FIG. 4, an optical signal from the optical connector 10 mounted on the opto-electric hybrid device 300 is transmitted to the second optical waveguide 306 through its end 306a. It is input and made incident on the light receiving element 310 . The light receiving element 310 photoelectrically converts the optical signal to generate a current signal. The current signal is sent to the driver IC 308 via the electric wiring 309b, and the driver IC 308 IV-converts the current signal to generate and output a voltage signal. An electric signal from the driver IC 308 is output to the outside of the device 300 through the via 309a.

図5は、本実施形態に係る光コネクタ10を構成する光導波路チップ200の詳細構成を示す図である。また図6は、光導波路チップ200に設けられた光導波路203と光電気混載デバイス300に設けられた第2光導波路306の配置を示す斜視図である(但し理解を容易にするため光導波路203と第2光導波路306以外の要素は省略している)。光導波路チップ200上に形成された光導波路203は、第1群の光導波路203Aおよび第2群の光導波路203Bからなる。第1群の光導波路203Aは、光コネクタ10が光電気混載デバイス300に実装された際に光送信部300Aと接続される光導波路であり、第2群の光導波路203Bは、光受信部300Bと接続される光導波路である。第1群の光導波路203Aおよび第2群の光導波路203Bは、導波路の長手方向に沿って導波路の断面積が変化するテーパー形状に構成される。 FIG. 5 is a diagram showing the detailed configuration of the optical waveguide chip 200 that constitutes the optical connector 10 according to this embodiment. 6 is a perspective view showing the arrangement of the optical waveguide 203 provided in the optical waveguide chip 200 and the second optical waveguide 306 provided in the opto-electric hybrid device 300 (for ease of understanding, however, the optical waveguide 203 is shown in FIG. 6). and the second optical waveguide 306 are omitted). The optical waveguides 203 formed on the optical waveguide chip 200 consist of a first group of optical waveguides 203A and a second group of optical waveguides 203B. The optical waveguides 203A in the first group are optical waveguides connected to the optical transmitter 300A when the optical connector 10 is mounted on the opto-electric hybrid device 300, and the optical waveguides 203B in the second group are optical receivers 300B. is an optical waveguide connected to The optical waveguides 203A of the first group and the optical waveguides 203B of the second group are formed in a tapered shape in which the cross-sectional area of the waveguides changes along the longitudinal direction of the waveguides.

より具体的には、第1群の光導波路203Aは、光導波路チップ200の端面201側から端面204側に向かって導波路の断面積が大きくなるようなテーパー形状に構成される。好ましくは、第1群の光導波路203Aの端部206における断面積は、第1群の光導波路203Aに接続される光送信部300Aの出射部(第2光導波路306の端部)306aの断面積よりも大きい断面積とされる。これにより、光送信部300Aの出射部306aから出射される光を第1群の光導波路203Aの端部206に高い結合効率で入射させることができ、光送信部300Aと光コネクタ10との間の光損失を低減することができる。 More specifically, the first group of optical waveguides 203A is formed in a tapered shape such that the cross-sectional area of the waveguide increases from the end face 201 side of the optical waveguide chip 200 toward the end face 204 side. Preferably, the cross-sectional area of the end portion 206 of the first group of optical waveguides 203A is equal to the cross-sectional area of the output portion (end portion of the second optical waveguide 306) 306a of the optical transmission section 300A connected to the first group of optical waveguides 203A. The cross-sectional area is larger than the area. As a result, the light emitted from the light emitting portion 306a of the optical transmission section 300A can be made incident on the ends 206 of the optical waveguides 203A of the first group with high coupling efficiency. of light loss can be reduced.

一方、第2群の光導波路203Bは、光導波路チップ200の端面201側から端面204側に向かって導波路の断面積が小さくなるようなテーパー形状に構成される。好ましくは、第2群の光導波路203Bの端部206における断面積は、第2群の光導波路203Bに接続される光受信部300Bの入射部(第2光導波路306の端部)306aの断面積よりも小さい断面積とされる。これにより、第2群の光導波路203Bの端部206から出射される光を光受信部300Bの入射部306aに高い結合効率で入射させることができ、光コネクタ10と光受信部300Bとの間の光損失を低減することができる。 On the other hand, the second group of optical waveguides 203B is tapered such that the cross-sectional area of the waveguides decreases from the end face 201 side of the optical waveguide chip 200 toward the end face 204 side. Preferably, the cross-sectional area at the end 206 of the second group of optical waveguides 203B is the cross section of the incident portion (the end of the second optical waveguide 306) 306a of the optical receiver 300B connected to the second group of optical waveguides 203B. The cross-sectional area is smaller than the area. As a result, the light emitted from the ends 206 of the optical waveguides 203B of the second group can be made incident on the incident portion 306a of the optical receiver 300B with high coupling efficiency. of light loss can be reduced.

なお、図5に示されるように、光導波路203の断面積の変化は、光導波路203の幅W(すなわち、光導波路チップ200の上面202に平行かつ導波路の長手方向に垂直な方向における寸法)を変化させることによって、および/または光導波路203の高さH(すなわち、光導波路チップ200の厚さ方向の寸法)を変化させることによって実現することが可能である。 As shown in FIG. 5, the change in the cross-sectional area of the optical waveguide 203 is the width W of the optical waveguide 203 (that is, the dimension in the direction parallel to the upper surface 202 of the optical waveguide chip 200 and perpendicular to the longitudinal direction of the waveguide). ) and/or by changing the height H of the optical waveguide 203 (that is, the dimension of the optical waveguide chip 200 in the thickness direction).

図7は、光導波路203の端部206近傍の構成を示す断面図である。前述したように、光導波路203の端部206には、光コネクタ10の光導波路203と光電気混載デバイス300の第2光導波路306との間で光を折り曲げるための反射ミラー211(図6参照)が設けられている。反射ミラー211は、光導波路203の端部206をその光軸に対して斜めに形成することによって作製された全反射ミラーとすることができる。図7に示されるように、全反射ミラー211の反射面は、平面211aまたは球面もしくは非球面211bのいずれかであってよい。全反射ミラー211の反射面が球面または非球面211bの場合、このミラー211は集光ミラーとして機能し、光コネクタ10の光導波路203と光電気混載デバイス300の第2光導波路306との間で光が集光されて高効率に結合されるので、好適である。 FIG. 7 is a cross-sectional view showing the configuration near the end 206 of the optical waveguide 203. As shown in FIG. As described above, at the end 206 of the optical waveguide 203, there is a reflection mirror 211 (see FIG. 6) for bending light between the optical waveguide 203 of the optical connector 10 and the second optical waveguide 306 of the opto-electric hybrid device 300. ) is provided. Reflecting mirror 211 can be a total reflecting mirror made by forming end 206 of optical waveguide 203 obliquely with respect to its optical axis. As shown in FIG. 7, the reflective surface of total reflection mirror 211 can be either planar 211a or spherical or aspherical 211b. When the reflecting surface of the total reflection mirror 211 is spherical or aspherical 211b, this mirror 211 functions as a condensing mirror, and between the optical waveguide 203 of the optical connector 10 and the second optical waveguide 306 of the opto-electric hybrid device 300, It is preferred because the light is concentrated and coupled with high efficiency.

図8A~8Cは、本実施形態に係る光コネクタ10を構成する光導波路チップ200の作製工程を示す図である。この図は図5に示す矢印C方向から光導波路チップ200を見た様子を表す。まずベースプレート210上に樹脂212を均一な厚さに成形する(図8A)。次に、作製すべき光導波路203および半円筒状の溝208に対応する形状を有したモールド213を樹脂212に型押しし、樹脂212に光導波路203および溝208の形を転写する(図8B)。次に、光導波路203となる部分に型押しで作られた溝に、所定の屈折率を有する透明樹脂214を流し込み、硬化させる(図8C)。モールド213の形状を、長手方向に幅および高さが変化する光導波路の形状とすることで、図5および図6に示されるようなテーパー形状の光導波路203が完成する。モールド213を用いることで、導波路の高さが長手方向に変化する光導波路203を簡単なプロセスで作製することができる。また、モールド213を用いることで、光導波路203の端部206の反射ミラー211と、位置合わせ用の穴105の一部分をなす溝208も、光導波路203と同時に一括で形成することができる。 8A to 8C are diagrams showing the manufacturing process of the optical waveguide chip 200 constituting the optical connector 10 according to this embodiment. This figure shows the state of the optical waveguide chip 200 viewed from the direction of arrow C shown in FIG. First, resin 212 is molded to a uniform thickness on base plate 210 (FIG. 8A). Next, a mold 213 having a shape corresponding to the optical waveguide 203 and the semi-cylindrical groove 208 to be fabricated is pressed onto the resin 212 to transfer the shapes of the optical waveguide 203 and the groove 208 to the resin 212 (FIG. 8B). ). Next, a transparent resin 214 having a predetermined refractive index is poured into grooves formed by embossing in the portion that will become the optical waveguide 203, and cured (FIG. 8C). By making the shape of the mold 213 into the shape of an optical waveguide whose width and height change in the longitudinal direction, the tapered optical waveguide 203 as shown in FIGS. 5 and 6 is completed. By using the mold 213, the optical waveguide 203 whose height changes in the longitudinal direction can be manufactured by a simple process. Moreover, by using the mold 213, the reflecting mirror 211 at the end 206 of the optical waveguide 203 and the groove 208 forming part of the alignment hole 105 can be formed simultaneously with the optical waveguide 203 at once.

なお、ベースプレート210は、樹脂、ガラス、金属など、任意の材質のものであってよい。ベースプレート210が透明な樹脂またはガラス製の場合、型押しされる樹脂212も透明なものであってよい。この場合、型押しされた溝に埋め込まれる透明樹脂214の屈折率は、樹脂212の屈折率よりも大きい屈折率に選択される。これにより、溝内の透明樹脂214をコアとし、樹脂212をクラッドとする光導波路が形成される。透明樹脂214が埋め込まれる溝の表面には、あらかじめ、反射コーティング膜(例えば金属膜)を形成してもよい。この場合、樹脂212およびベースプレート210は不透明なものであってよい。また、ベースプレート210が金属(例えばアルミ)製の場合、上述のように樹脂212の型押しではなく(樹脂212を用いることなく)、ベースプレート210自体を精密プレス加工することによって溝を形成し、そこに透明樹脂214を流し込むことによって光導波路を形成してもよい。光導波路203となる部分の溝の表面に反射コーティング膜を形成した場合、またはベースプレート210が金属製の場合には、溝を透明樹脂214で埋めずに空気層のままとしておき、空気層で光導波路203を構成してもよい。 Note that the base plate 210 may be made of any material such as resin, glass, or metal. If the base plate 210 is made of clear resin or glass, the stamped resin 212 may also be clear. In this case, the refractive index of the transparent resin 214 embedded in the embossed grooves is selected to be greater than the refractive index of the resin 212 . As a result, an optical waveguide having the transparent resin 214 in the groove as a core and the resin 212 as a clad is formed. A reflective coating film (for example, a metal film) may be formed in advance on the surface of the groove in which the transparent resin 214 is embedded. In this case, resin 212 and base plate 210 may be opaque. Further, if the base plate 210 is made of metal (for example, aluminum), the base plate 210 itself is precision pressed to form grooves instead of stamping the resin 212 (without using the resin 212) as described above. An optical waveguide may be formed by pouring a transparent resin 214 into the . When a reflective coating film is formed on the surface of the groove in the portion that will become the optical waveguide 203, or when the base plate 210 is made of metal, the groove is not filled with the transparent resin 214, but is left as an air layer so that the light is guided by the air layer. A wave path 203 may be configured.

上記のようにモールド213を樹脂212に型押しする方法以外の方法で光導波路チップ200を作製することもできる。例えば、透明なベースプレート210と上記のモールド213を間隔をあけて配置し、その間隔に紫外線硬化樹脂を注入し、透明なベースプレート210側から紫外線を照射して樹脂を硬化させることで、前述した図8Bと同様の形状の溝(溝208および光導波路203部分の溝)を形成することもできる。 The optical waveguide chip 200 can also be produced by a method other than the method of pressing the mold 213 onto the resin 212 as described above. For example, the transparent base plate 210 and the mold 213 are arranged with a gap therebetween, an ultraviolet curable resin is injected into the gap, and ultraviolet rays are irradiated from the transparent base plate 210 side to cure the resin. It is also possible to form grooves (grooves 208 and grooves in the optical waveguide 203 portion) of the same shape as 8B.

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されず、その要旨を逸脱しない範囲内において様々な変更が可能である。 Although the embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to this, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention.

10 光コネクタ
20 光モジュール
100 嵌合部材
101 第1面
102 第2面
103 空洞
104 溝
105 穴
200 光導波路チップ
201 端面
202 上面(インターフェイス面)
203 光導波路
203A 第1群の光導波路
203B 第2群の光導波路
204 端面
205 光導波路の端部
206 光導波路の端部
207 入出射光
208 溝
209 アライメントマーカー
210 ベースプレート
211 反射ミラー
213 モールド
300 光電気混載デバイス
300A 光送信部
300B 光受信部
301 上面
302 基板
303 半導体レーザ
304 光変調器
305 第1光導波路
306 第2光導波路
306a 第2光導波路の端部
307 グレーティングカプラ
308 ドライバIC
309 電気配線
310 受光素子
315 接続電極
400 他の光コネクタ
402 光ファイバ
450 嵌合ピン
10 Optical connector 20 Optical module 100 Fitting member 101 First surface 102 Second surface 103 Cavity 104 Groove 105 Hole 200 Optical waveguide chip 201 End surface 202 Upper surface (interface surface)
203 Optical waveguide 203A First group of optical waveguides 203B Second group of optical waveguides 204 End surface 205 Optical waveguide end 206 Optical waveguide end 207 Incident/emitted light 208 Groove 209 Alignment marker 210 Base plate 211 Reflecting mirror 213 Mold 300 Opto-electric mixed mounting Device 300A Optical transmitter 300B Optical receiver 301 Upper surface 302 Substrate 303 Semiconductor laser 304 Optical modulator 305 First optical waveguide 306 Second optical waveguide 306a Second optical waveguide end 307 Grating coupler 308 Driver IC
309 electric wiring 310 light receiving element 315 connection electrode 400 other optical connector 402 optical fiber 450 fitting pin

Claims (14)

空洞を有した嵌合部材と、
前記嵌合部材の前記空洞に挿入された光導波路チップと、
を備えた光コネクタであって、
前記光導波路チップは、
ベースプレートと、
前記ベースプレート上に形成された1または複数のテーパー形状の光導波路と、
を備える、光コネクタ。
a fitting member having a cavity;
an optical waveguide chip inserted into the cavity of the fitting member;
An optical connector comprising
The optical waveguide chip is
a base plate;
one or more tapered optical waveguides formed on the base plate;
an optical connector.
前記光導波路チップは、前記テーパー形状の光導波路のアレイを備える、請求項1に記載の光コネクタ。 2. The optical connector of claim 1, wherein said optical waveguide chip comprises said array of tapered optical waveguides. 前記テーパー形状の光導波路のアレイは、
前記ベースプレートの一方端から他方端に向かって導波路の断面積が増大する第1群のテーパー光導波路と、
前記ベースプレートの前記一方端から前記他方端に向かって導波路の断面積が減少する第2群のテーパー光導波路と、
を含む、請求項2に記載の光コネクタ。
The array of tapered optical waveguides comprises:
a first group of tapered optical waveguides in which the cross-sectional area of the waveguide increases from one end to the other end of the base plate;
a second group of tapered optical waveguides whose cross-sectional area decreases from the one end of the base plate to the other end;
3. The optical connector of claim 2, comprising:
前記1または複数のテーパー形状の光導波路は、前記ベースプレートの厚さ方向における導波路の高さが前記光導波路の長手方向に沿って変化するように構成されている、請求項1から3のいずれか1項に記載の光コネクタ。 4. The one or more tapered optical waveguides according to any one of claims 1 to 3, wherein the height of the waveguides in the thickness direction of the base plate varies along the longitudinal direction of the optical waveguides. or the optical connector according to item 1. 前記1または複数のテーパー形状の光導波路は、前記ベースプレートの厚さ方向と垂直な方向における導波路の幅が前記光導波路の長手方向に沿って変化するように構成されている、請求項1から4のいずれか1項に記載の光コネクタ。 The one or more tapered optical waveguides are configured such that the width of the waveguide in a direction perpendicular to the thickness direction of the base plate varies along the longitudinal direction of the optical waveguide. 5. The optical connector according to any one of 4. 前記1または複数のテーパー形状の光導波路は、前記嵌合部材と反対側の端部に光路を折り曲げるための反射構造を備える、請求項1から5のいずれか1項に記載の光コネクタ。 6. The optical connector according to any one of claims 1 to 5, wherein said one or more tapered optical waveguides have a reflecting structure for bending the optical path at the end opposite to said fitting member. 前記反射構造は、前記光導波路の傾斜した端面である、請求項6に記載の光コネクタ。 7. The optical connector according to claim 6, wherein said reflective structure is an inclined end surface of said optical waveguide. 前記光導波路の前記傾斜した端面は、球面または非球面の集光ミラーである、請求項7に記載の光コネクタ。 8. The optical connector of claim 7, wherein the slanted end face of the optical waveguide is a spherical or aspherical condensing mirror. 前記1または複数のテーパー形状の光導波路は、前記ベースプレート上に形成された溝を用いて構成される、請求項1から8のいずれか1項に記載の光コネクタ。 9. The optical connector according to claim 1, wherein said one or more tapered optical waveguides are constructed using grooves formed on said base plate. 前記1または複数のテーパー形状の光導波路は、前記溝に埋め込まれた樹脂から構成される、請求項9に記載の光コネクタ。 10. The optical connector according to claim 9, wherein said one or more tapered optical waveguides are composed of resin embedded in said grooves. 前記ベースプレート上の前記溝に反射コーティングが形成されている、請求項9または10に記載の光コネクタ。 11. The optical connector according to claim 9 or 10, wherein a reflective coating is formed on said groove on said base plate. 前記光導波路チップは、前記嵌合部材に挿入される部分に第1溝部を備え、
前記嵌合部材は、前記空洞に前記第1溝部と対応して第2溝部を備え、
前記光導波路チップが前記嵌合部材に挿入された状態において、前記第1溝部と前記第2溝部が、前記光コネクタを他の光コネクタと接続する際の位置合わせ用の穴を形成する、
請求項1から11のいずれか1項に記載の光コネクタ。
The optical waveguide chip has a first groove in a portion to be inserted into the fitting member,
the fitting member has a second groove corresponding to the first groove in the cavity;
When the optical waveguide chip is inserted into the fitting member, the first groove and the second groove form alignment holes for connecting the optical connector to another optical connector,
An optical connector according to any one of claims 1 to 11.
光送受信機能を備えた光電気混載デバイスと、
前記光電気混載デバイス上に搭載された、請求項1から12のいずれか1項に記載の光コネクタと、
を備える光コネクタ付きモジュール。
an opto-electric hybrid device having an optical transmission/reception function;
The optical connector according to any one of claims 1 to 12, mounted on the opto-electric hybrid device;
module with optical connector.
前記光コネクタは、前記光導波路チップ上に、前記光コネクタと前記光電気混載デバイスを位置合わせするためのアライメントマーカーを有する、請求項13に記載の光コネクタ付きモジュール。 14. The module with an optical connector according to claim 13, wherein said optical connector has an alignment marker on said optical waveguide chip for aligning said optical connector and said opto-electric hybrid device.
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