JP3559956B2 - 光モジュール - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は基板上に光ファイバと、その光ファイバと光結合する光素子とが実装されてなる光モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５はこの種の光モジュールの従来構成の一例を示したものであり、この例では基板１１に光ファイバ１２と光素子１３とレンズ１４とが実装されている。光ファイバ１２はその端部が基板１１に形成されたＶ溝１５に保持されており、このＶ溝１５に続いて基板１１に形成された凹部１６にレンズ１４が配置されている。
【０００３】
光素子１３はこの例ではレーザダイオードとされて基板１１の表面に搭載されており、その端面から出射される出射光はレンズ１４により集光されて光ファイバ１２に入射されるものとなっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した例のように、光ファイバと光素子とを光結合する光モジュールにおいては、良好な光結合効率を得るべく、光ファイバと光素子との間に集光手段としてレンズを配置するといった構成が従来採用されている。
しかるに、レンズの基板への組み込みにおいては高い位置精度が要求され、また高い信頼性が要求されることから、組み立ては簡易ではなく、組み立て工程の複雑化を招くものとなっており、その点でコストのかかるものとなっていた。
【０００５】
さらに、別部品のレンズを配置することから、その配置のための所要のスペースを確保する必要があり、この点で光モジュールの小型化が制約を受けるものとなっていた。
この発明の目的は上述した問題点に鑑み、組み立てを簡易に行うことができ、さらに小型化、低価格化を図ることができる光モジュールを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明によれば、基板上に光ファイバと、その光ファイバと光結合する光素子とが実装されてなる光モジュールは、基板表面の一端から形成されたＶ溝に光ファイバが保持され、その光ファイバの先端面と対向するＶ溝の内端傾斜面に回折レンズ構造が形成され、その回折レンズ構造の直上に位置して基板表面に光素子が搭載される。
【０００７】
請求項２の発明では請求項１の発明において、基板がシリコン基板とされる。請求項３の発明では請求項２の発明において、光ファイバは赤外光を双方向伝送するものとされ、上記回折レンズ構造の直上に位置する光素子が発光素子とされて、その出射光が回折レンズ構造により反射・集光されて光ファイバに入射される構造とされ、シリコン基板の裏面に光学膜が形成され、光ファイバから出射した光が上記回折レンズ構造により屈折・集光されてシリコン基板中を伝搬し、上記光学膜により反射されてシリコン基板表面から出射する構造とされ、そのシリコン基板表面の出射位置に受光素子が搭載される。
【０００８】
請求項４の発明では請求項３の発明において、上記光学膜が波長選択フィルタとされる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態を図面を参照して実施例により説明する。
図１は請求項１の発明の一実施例を示したものである。この例では基板２１上に光ファイバ２２が実装され、さらに光素子として発光素子２３が実装されている。
【００１０】
基板２１の表面２１ａには、その一端からＶ溝２４が図に示したように形成されており、このＶ溝２４に光ファイバ２２の端部が高精度にパッシブアライメントされて実装されている。なお、光ファイバ２２はＶ溝２４に接着固定されて保持されている。基板２１には例えばシリコン基板が用いられる。
光ファイバ２２の先端面と対向するＶ溝２４の内端傾斜面２４ａには回折レンズ構造２５が作り込まれており、発光素子２３はこの回折レンズ構造２５の直上に位置して基板表面２１ａに搭載されている。傾斜面２４ａが基板表面２１ａとなす角は５４．７°とされる。
【００１１】
発光素子２３はこの例では面発光型のレーザダイオードとされ、その発光面を下にしてパッシブアライメントにより実装されている。
この例によれば、発光素子２３から出射した光は回折レンズ構造２５により反射され、かつ集光されて光ファイバ２２に入射するものとなっており、つまり図５に示した従来の光モジュールのように別部品としてのレンズ１４を用いることなく、この回折レンズ構造２５によって良好な光結合効率が得られるものとなっている。図１Ｂ中、矢印は光の進行を示す。
【００１２】
図２及び３はこの回折レンズ構造２５の作製方法の詳細を工程順に示したものであり、図２は位相型の場合を示し、図３は振幅型の場合を示す。まず、位相型の作製方法について図２を参照して説明する。
基板（シリコン基板）２１に異方性エッチングによりＶ溝２４を作製する（Ａ）。この基板２１上にレジスト３１を塗布し（Ｂ）、所要の回折レンズパターンが形成されたマスク３２を使用してレジスト３１を露光する（Ｃ）。レジスト３１を現像し（Ｄ）、現像したレジスト３１をマスクとして基板２１をエッチングしてＶ溝２４の内端傾斜面２４ａに回折レンズ構造２５を形成する。形成後、レジスト３１を除去する（Ｅ）。
【００１３】
上記のような工程により、傾斜面２４ａに回折レンズ構造２５を作り込むことができる。なお、回折レンズ構造２５は図においては模式的に示しているが、傾斜面２４ａに例えば１０〜２０本程度の溝が同心円をなすように形成されて構成され、その溝幅は中央で数１０ミクロン程度、外周側でサブミクロンとされる。
振幅型の場合は図３に示したように、Ｖ溝２４が形成された基板（シリコン基板）２１にメタル膜３３を成膜し（Ｂ）、このメタル膜３３上にレジスト３１を塗布して（Ｃ）、マスク３４によりレジスト３１を露光する（Ｄ）。レジスト３１を現像し（Ｅ）、現像したレジスト３１をマスクとしてメタル膜３３をエッチングして回折レンズ構造２５を形成する。レジスト３１を除去することにより、メタル膜３３よりなる振幅型の回折レンズ構造２５が完成する（Ｆ）。
【００１４】
回折レンズ構造２５は上述した位相型及び振幅型のいずれでも用いることができるが、図１に示した光モジュールにおいてはメタル膜３３よりなる振幅型の方が光の反射上、好ましい。
なお、図１に示した光モジュールは送信用光モジュールをなすものであるが、発光素子２３に替えて受光素子を搭載すれば受信用光モジュールを構成することができる。この際、受光素子としては例えば面受光型のフォトダイオードが用いられる。
【００１５】
次に、請求項３の発明の実施例について図４を参照して説明する。図４において、図１と対応する部分には同一符号を付してある。
この図４に示した光モジュールは双方向伝送用光モジュールをなすものであって、例えば１．３／１．５５μｍＷＤＭ同時送受信光モジュール等に適用できるものであり、Ｖ溝２４に保持された光ファイバ２２は赤外光を双方向伝送するものとされる。
【００１６】
この例では基板２１はシリコン基板とされ、その裏面２１ｂにはメタル膜等よりなる反射膜２６が成膜形成されている。シリコン基板２１の表面２１ａには発光素子２３と受光素子２７とが搭載される。これら発光素子２３及び受光素子２７はそれぞれ面発光型レーザダイオード及び面受光型フォトダイオードとされ、発光面及び受光面がそれぞれ下にされて実装されている。発光素子２３の実装位置は図１と同様、回折レンズ構造２５の直上とされる。なお、回折レンズ構造２５はこの例では図２に示した位相型とされる。
【００１７】
この図４に示した光モジュールでは、発光素子２３から出射した光は回折レンズ構造２５により反射・回折・集光されて光ファイバ２２に入射する。
一方、光ファイバ２２から出射した光は回折レンズ構造２５により回折（光路変更）・集光されて図４Ｂ中、矢印で示したようにシリコン基板２１中を伝搬する。この際、例えば波長１．５５μｍといった赤外域の通信波長帯の光はシリコン基板２１においてほとんど吸収されず、シリコン基板２１の裏面２１ｂに形成された反射膜２６により反射されてシリコン基板表面２１ａから出射する。受光素子２７はこの出射位置に図に示したように実装されており、光ファイバ２２により伝送されてきた光を受光する。
【００１８】
つまり、この例によれば図１と同様、回折レンズ構造２５がシリコン基板２１に作り込まれているため、レンズ等の別部品を組み込むといった面倒な作業は不要であり、回折レンズ構造２５によって発光素子２３と光ファイバ２２との良好な光結合効率が得られるものとなっている。
さらに、光ファイバ２２により伝送されてきた光を光導波路等を用いることなく、直接シリコン基板２１中に伝搬させるものとなっており、その伝搬光は回折レンズ構造２５によって集光される構造となっているため、光導波路等を用いることなく、光ファイバ２２と受光素子２７との間においても良好な光結合効率を得ることができるものとなっている。
【００１９】
なお、図４においてはシリコン基板裏面２１ｂに光学膜として反射膜２６を形成しているが、反射膜２６に替えて波長選択フィルタを成膜形成し、所定の波長の光のみ、選択的に反射するようにしてもよい。
上述したように、例えば通信波長帯１．３μｍや１．５５μｍではほとんど吸収されることなく、シリコン基板２１を透過するため、光ファイバ２２から入射された光はシリコン基板２１中を低損失で伝搬して受光素子２７に至るが、シリコン基板２１中から空気中への入射においては入射角が１６．４°以上で全反射が生じるため、臨界角よりも小さくしたり、例えば屈折率整合剤をそれらの間に入れたりするのが望ましい。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば基板に作り込んだ回折レンズ構造により、光ファイバと光素子との良好な光結合効率を得ることができるため、集光手段として例えばレンズ等を基板に組み込むといった面倒な組み立て作業は不要となり、よってその分組み立てを簡易に行うことができ、かつ部品点数を削減できるため、光モジュールの低価格化を図ることができる。また、組み込みのためのスペースが不要となる分、小型化を図ることができる。
【００２１】
さらに、請求項３の発明によれば、発光素子と受光素子とが実装されてなる双方向伝送用光モジュール（同時送受信光モジュール）において、受信光を直接シリコン基板中に伝搬させ、その伝搬光は回折レンズ構造によって集光され、かつシリコン基板に成膜した光学膜によって反射されて受光素子に入射する構造としたことにより、例えば光導波路等の形成を不要とすることができ、よってこの点でも構成の簡略化を図ることができると共に低価格化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１の発明の実施例を示す図、Ａは平面図、Ｂは正面図、Ｃは側面図。
【図２】回折レンズ構造（位相型）の作製手順を説明するための模式図。
【図３】回折レンズ構造（振幅型）の作製手順を説明するための模式図。
【図４】請求項３の発明の実施例を示す図、Ａは平面図、Ｂは正面図、Ｃは側面図。
【図５】光モジュールの従来構成例を示す斜視図。

Claims (4)

1. 基板上に光ファイバと、その光ファイバと光結合する光素子とが実装されてなる光モジュールであって、
   基板表面の一端から形成されたＶ溝に光ファイバが保持され、
   その光ファイバの先端面と対向する上記Ｖ溝の内端傾斜面に回折レンズ構造が形成され、
   その回折レンズ構造の直上に位置して上記基板表面に光素子が搭載されていることを特徴とする光モジュール。
2. 請求項１記載の光モジュールにおいて、
   上記基板がシリコン基板とされていることを特徴とする光モジュール。
3. 請求項２記載の光モジュールにおいて、
   上記光ファイバは赤外光を双方向伝送するものとされ、
   上記回折レンズ構造の直上に位置する光素子が発光素子とされて、その出射光が上記回折レンズ構造により反射・集光されて上記光ファイバに入射される構造とされ、
   上記シリコン基板の裏面に光学膜が形成され、
   上記光ファイバから出射した光が上記回折レンズ構造により屈折・集光されて上記シリコン基板中を伝搬し、上記光学膜により反射されて上記シリコン基板表面から出射する構造とされ、
   そのシリコン基板表面の出射位置に受光素子が搭載されていることを特徴とする光モジュール。
4. 請求項３記載の光モジュールにおいて、
   上記光学膜が波長選択フィルタとされていることを特徴とする光モジュール。

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