JP3748528B2 - 光路変換デバイスおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光電変換素子と光導波路との間を光結合する光路変換デバイスおよびその製造方法に関し、特にアレイ状に配列された光電変換素子と光導波路との間に配置されるアレイ型光結合用光導波路ユニットの構造および製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、高速大容量の光通信システムや多数のプロセッサ間を並列信号処理する超並列コンピュータの開発に向けて、高密度で装置内を通信する光インターコネクションの開発が精力的に行われている。このような光インターコネクションを行う際、伝送された光信号の処理は電子デバイスで担われる。そして、それらの電子デバイスを結合する境界デバイスには、光導波路、光電変換素子、電子制御用のＬＳＩやスイッチ、あるいは電子部品を駆動させるための電気回路があわさった光−電気混合デバイスが必要となる。特に、高速広帯域の通信システムを実現するために、VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser)、LD(Laser Diode)、PD(Photo Diode)のような光電変換素子を備えたデバイスの要求が高まっている。
【０００３】
このような要求に対し、マイクロミラー付き光ピンを光電変換素子上に設け、光ピンと同形のスルーホールを光プリント基板に設け、光ピンをスルーホールに嵌め込んで光電変換素子と光プリント基板とを光結合させる技術が、例えばエレクトロニクス実装学会誌（vol.2, No.5, P368-372, 1999)に「光回路実装における９０度光路変換技術」として提案されている。
【０００４】
この従来の光回路実装における９０度光路変換技術は、図１４に示されるように、光プリント基板１には光導波路となるコア２が埋設され、スルーホール３がコア２を切断するように光プリント基板１に形成され、光電変換素子４に固定されたマイクロミラー付き光ピン５をスルーホール３に嵌め込むものである。そして、スルーホール３はその穴中心をコア２の光軸と直交するように光プリント基板１に形成され、光ピン５の先端面をその光軸と４５度の角度を有するマイクロミラー５ａに形成している。これにより、例えばコア２を伝播してきた光がマイクロミラー５ａで全反射されて光ピン５に導かれ、光ピン５内を伝播して光電変換素子４に到達する。つまり、コア２と光電変換素子４とを、９０度光路変換させて光結合させている。
【０００５】
この従来の光路変換技術を採用することにより、発光素子から空間に出射される光や光導波路から空間に出射される光が放射角を持って広がることに起因する発光素子と光導波路との光結合や光導波路と受光素子との光結合の低下を防止できる。さらに、この従来の光路変換技術によれば、マイクロミラー５ａを介してVCSEL等の発光素子（光電変換素子）からコア２に光を入射させる場合にも、コア２からPD等の受光素子（光電変換素子）に光を出射させる場合にも、同構造で光電変換素子４とコア２との光結合が行えるという利点がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の光路変換技術は、以上のように構成されているので、マイクロミラー付き光ピン５を光電変換素子４のそれぞれに対して単品で固定しなければならず、製造プロセスが煩雑となるとともに、低コスト化が図られない。
また、光ピン５を嵌め込むためにスルーホール３を光プリント基板１に形成する必要がある。この光ピン５は数μｍ〜数百μｍの直径であり、スルーホール３も光ピン５と同等の径を有するように形成しなければならず、スルーホール３の加工が極めて困難であり、生産性が悪化してしまう。そして、スルーホール３の個数が多くなるほど、この問題が顕著となる。さらに、微細なスルーホール３の内壁面を凹凸なく形成することは困難であり、スルーホール３によって形成されたコア２の端面の凹凸に起因してコア２と光ピン５との光結合効率が低下してしまう。
また、光電変換素子４をアレイ化する構成では、多数の光電変換素子４に対して光ピン５を１つづつ固定しなければらなず、光ピン５の位置精度が悪化する。これにより、光電変換素子４と光ピン５との光軸ずれが生じ、光結合効率の低下をもたらすことになる。
また、光電変換素子４の素子数の増大に対応するためにコア２をアレイ化した層を多層に配置する構成では、光ピン５の長さはコア層毎に異なり、長尺の光ピン５が必要となる。この光ピン５の長尺化は、光ピン５の反りをもたらし、コア２の光軸に対するマイクロミラー５ａの位置精度が悪化してしまい、光結合効率が低下する。
【０００７】
この発明は、上記の課題を解消するためになされたもので、光導波路と光電変換素子との間に配設される光結合用光導波路をアレイ化して、光結合用光導波路の反りの発生を抑えるとともに、複数の光結合用光導波路をユニット単位で位置決めを可能とし、製造プロセスの簡略化を図り、低価格化を実現できるとともに、光結合効率の低下を抑えることができる光路変換デバイスおよびその製造方法を得ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る光路変換デバイスは、光電変換素子が基板上にｎ行ｍ列のマトリクス状（但し、ｎ，ｍは２以上の整数）に配設されたアレイ型光電変換素子ユニットと、光軸を平行に、かつ、同一平面上に位置させて配列されたｎ本の光導波路が、その一端部を上記光電変換素子の列間の間隔分ずらしてｍ層に積層構成されたアレイ型光導波路ユニットと、上記アレイ型光導波路ユニットの各光導波路の一端部にそれぞれ設けられて該光導波路の光軸に対して所定の角度を有するミラーと、ｎ本の光結合用光導波路がその光軸を平行に、かつ、同一平面上に位置させて配列一体化されてなり、上記アレイ型光変換素子ユニットの光電変換素子の各列と対応する上記ミラーとの間に、該光結合用光導波路の光軸が上記光導波路の光軸と、該ミラー上で交差し、かつ、該ミラー上の該交差点における垂線に対して対称となり、さらに該光電変換素子の素子面の中心を通るように配設されているアレイ型光結合用光導波路ユニットとを備えたものである。
【０００９】
また、上記アレイ型光結合用光導波路ユニットは、ｎ本の光ファイバが、その光軸を平行に、かつ、同一平面上に位置させて配列一体化されて構成されているものである。
【００１０】
また、上記アレイ型光結合用光導波路ユニットは、光軸を平行に、かつ、同一平面上に位置させて配列されたｎ本のコアがクラッドにより埋設一体化されて構成されているものである。
【００１２】
さらに、この発明に係る光路変換デバイスの製造方法は、第１のクラッド層を基板上に形成し、コア層を上記第１のクラッド層上に積層形成し、上記コア層をパターニングしてその長軸方向を平行に、かつ、同一平面上に位置させて配列された少なくとも２本の断面矩形のコアを形成し、ついで第２のクラッド層を被覆形成して、配列された上記少なくとも２本のコアを上記第１および第２のクラッド層により埋設一体化し、その後上記第１および第２のクラッド層により埋設一体化された上記少なくとも２本のコアを上記基板および上記第１および第２のクラッド層ごと所定長さに切断してアレイ型光結合用光導波路ユニットを作製する工程を有するものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図について説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る光路変換デバイスを示す斜視図、図２はこの発明の実施の形態１に係る光路変換デバイスの構成を模式的に示す縦断面図である。
各図において、アレイ型光電変換素子ユニット１０は、VCSEL、LD、PD等の光電変換素子１１が仕様に応じて適宜選択されて所定の間隔で４列に配列されて基板１２上に実装されている。そして、各列には、光電変換素子１１が所定ピッチで４つ配列されている。
【００１４】
アレイ型光導波路ユニット２０Ａ、２０Ｂは、それぞれ光導波路となる断面矩形のコア２１が、その光軸を平行として、かつ、光軸を同一平面上に位置するようにして、光電変換素子１１の各列における配列ピッチと同ピッチで４本配列された状態で、クラッド２２に埋め込まれて作製されている。そして、コア２１の長さ方向におけるユニット２０Ａ、２０Ｂの一側端面がコア２１の光軸に対して４５度の角度（ミラー角度θ）の平坦面に形成され、金メッキが施されてミラー４０を構成している。また、ユニット２０の他側端面はコア２１の光軸に対して９０度の角度の平坦面に形成されている。なお、アレイ型光導波路ユニット２０Ｂの長さは、アレイ型光導波路ユニット２０Ａに対して、光電変換素子１１の列間の間隔分短く形成されている。
ここで、コア２１およびクラッド２２の材料にはフッ素化ポリイミドが用いられているが、コア２１には、クラッド２２のフッ素化ポリイミドより屈折率の大きいフッ素化ポリイミドが用いられている。そして、両者の屈折率差は０．１〜１．０％である。
【００１５】
アレイ型光結合用光導波路ユニット３０Ａ、３０Ｂは、それぞれ光結合用光導波路となる断面矩形のコア３１が、その光軸を平行として、かつ、光軸を同一平面上に位置するようにして、光電変換素子１１の各列における配列ピッチと同ピッチで４本配列された状態で、クラッド３２に埋め込まれて作製されている。そして、コア３１の長さ方向のユニット３０Ａ、３０Ｂの両端面がコア３１の光軸に対して９０度の角度の平坦面に形成されている。なお、アレイ型光結合用光導波路ユニット３０Ｂの長さは、アレイ型光結合用光導波路ユニット３０Ａに対して、アレイ型光導波路ユニット２０Ｂの厚み分短く形成されている。
ここで、コア３１およびクラッド３２の材料にはフッ素化ポリイミドが用いられているが、コア３１には、クラッド３２のフッ素化ポリイミドより屈折率の大きいフッ素化ポリイミドが用いられている。そして、両者の屈折率差は０．１〜１．０％である。
【００１６】
そして、アレイ型光導波路ユニット２０Ａ、２０Ｂは他側端面の面位置を合わせて積層一体化されている。そして、積層一体化されたアレイ型光導波路ユニット２０Ａ、２０Ｂの対が、光電変換素子１１の列間の間隔分離されて、ミラー４０を対向させて配置される。
一方、アレイ型光結合用光導波路ユニット３０Ａ、３０Ｂは、基板１２上に、ユニット３０Ｂ、ユニット３０Ａ、ユニット３０Ａおよびユニット３０Ｂの順に４列に配列されて固着されている。この時、アレイ型光結合用光導波路ユニット３０Ａ、３０Ｂは、コア３１の光軸がそれぞれ各列の対応する光電変換素子１１の素子面（発光面もしくは受光面）の中心に一致するように、位置決めされている。
【００１７】
そして、アレイ型光電変換素子ユニット１０が、アレイ型光結合用光導波路ユニット３０Ａ、３０Ｂの先端面をアレイ型光導波路ユニット２０Ａ、２０Ｂの上面に密接するように配設されて、光路変換デバイス１００を構成している。この時、対応するコア２１およびコア３１の光軸同士がミラー４０上で交わり、かつ、ミラー４０上の交差点における垂線に対して対称となるように、アレイ型光電変換素子ユニット１０、アレイ型光導波路ユニット２０Ａ、２０Ｂおよびアレイ型光結合用光導波路ユニット３０Ａ、３０Ｂが位置決めされている。これにより、コア２１、３１の光軸が互いに一致し、光電変換素子１１の素子面の中心が、コア３１の光軸に一致している。
【００１８】
このように構成された光路変換デバイス１００は、図３の（ａ）に示されるように、アレイ型光導波路ユニット２０Ａを基板９に固定し、あるいは、図３の（ｂ）に示されるように、アレイ型光電変換素子ユニット１０を基板９に固定して、例えば光通信システムや超並列コンピュータに組み込まれる。そして、電気配線が基板９の内部あるいは外部に設けられ、光電変換素子１１と該電気配線とが半田バンプやワイヤボンディングにより電気的に接続され、アレイ型光導波路ユニット２０Ａ、２０Ｂのコア２１と光スイッチや合分波器等の光デバイスとが光コネクタ等により接続されて、光通信システムや超並列コンピュータが構成される。
【００１９】
ここで、基板９には、Ｓｉ、ＧａＡｓ、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2、ＡｌＮ等の無機材料や、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂等の有機材料が用いられるが、光路変換デバイス１００を支持できるものであれば、これに限定されるものではない。
【００２０】
ついで、この光路変換デバイス１００の動作について説明する。
光電変換素子１１がVCSEL、LDのような発光素子であれば、光電変換素子１１から出射された光は、アレイ型光結合用光導波路ユニット３０Ａ、３０Ｂのコア３１内に導かれ、コア３１内を伝播した後、コア３１の端面から出射されてミラー４０で反射される。そして、ミラー４０により光路を９０度変換された光は、アレイ型光導波路ユニット２０Ａ、２０Ｂのコア２１内に導かれ、コア２１内を伝播する。
また、光電変換素子１１がPDのような受光素子であれば、アレイ型光導波路ユニット２０Ａ、２０Ｂのコア２１内を伝播した光はミラー４０で反射される。そして、ミラー４０により光路を９０度変換された光は、アレイ型光結合用光導波路ユニット３０Ａ、３０Ｂのコア３１内に導かれ、コア３１内を伝播して光電変換素子１１に受光される。
【００２１】
この実施の形態１によれば、コア２１と光電変換素子１１とを９０度光路変換させて光結合できる光路変換デバイス１００が得られる。
そして、４本のコア３１がクラッド３２により埋設一体化されてアレイ型光結合用光導波路ユニット３０Ａ、３０Ｂに構成されているので、１列に配列された４つの光電変換素子１１に４本のコア３１をユニット単位で、即ち１工程で固定でき、製造プロセスが簡略化され、低コスト化が図られる。
また、４本のコア３１の配列ピッチを４つの光電変換素子１１の配列ピッチに合わせてアレイ型光結合用光導波路ユニット３０Ａ、３０Ｂを作製することにより、コア３１の光軸と光電変換素子１１の素子面中心とのずれが簡易に抑えられ、コア３１と光電変換素子１１との間の光結合効率の低下が抑えられる。
【００２２】
また、４本のコア３１がクラッド３２により埋設一体化されてアレイ型光結合用光導波路ユニット３０Ａ、３０Ｂに構成されているので、コア３１の長尺化に起因するコア３１の反りの発生は従来技術のように光ピン５単品に発生する反りに比べて著しく低減される。その結果、コア３１の長さを高精度に確保でき、アレイ型光導波路ユニット２０Ａ、２０Ｂを多層に積層する構成に適用しても、光結合効率の低下が抑えられる。
また、従来技術のようにスルーホールをアレイ型光導波路ユニット２０Ａ、２０Ｂに設ける必要がないので、極めて困難なスルーホール加工が不要となる分、生産性が向上される。さらに、スルーホール加工に起因するコア端面の凹凸がなく、即ちコア２１の端面を平滑面に形成できるので、その点においても光結合効率の低下が抑えられる。
【００２３】
また、光電変換素子１１が発光素子、受光素子に拘わらず、同構造で光電変換素子１１とコア２１との光結合を実現できる。さらに、光電変換素子１１として受光素子と発光素子とが混在する光路変換デバイスを実現できる。
さらに、コア２１とコア３１とがミラー４０を介して光結合されているので、発光素子から空間に出射される光や光導波路から空間に出射される光が放射角を持って広がることに起因する発光素子と光導波路との光結合や光導波路と受光素子との光結合の低下を防止できる。
また、アレイ型光結合用光導波路ユニット３０Ａ、３０Ｂが光電変換素子１１を覆うように基板１２上に固着されているので、光電変換素子１１が保護され、光電変換素子１１の長寿命化が図られる。
【００２４】
ここで、この光路変換デバイス１００の製造方法について図４および図５を参照しつつ説明する。
まず、光電変換素子１１のチップを基板１２上に４×４のマトリクス状に実装してアレイ型光電変換素子ユニット１０が作製される。
【００２５】
つぎに、基板５０上に第１のフッ素化ポリイミド溶液をスピンコートし、ベーキングして１０μｍ厚の第１のクラッド層５１ａを形成する。さらに、第１のフッ素化ポリイミドより屈折率の大きい第２のフッ素化ポリイミド溶液をスピンコートし、ベーキングして５μｍ厚のコア層５３を形成する。これにより、図４の（ａ）に示されるように、第１のクラッド層５１ａおよびコア層５３が基板５０上に２層に重なって形成される。
ついで、コア層５３上にフォトレジストを塗布し、写真製版技術を用いてフォトレジストをパターニングし、その後反応性イオンエッチングによりコア層５３の不要部分を除去する（パターニングする）。そして、フォトレジストを除去し、図４の（ｂ）に示されるように、５μｍ幅のコア５２が平行に４本形成される。なお、コア５２は、光電変換素子１１の各列における配列ピッチと等しいピッチに配列されている。
ついで、第１のフッ素化ポリイミド溶液をスピンコートし、ベーキングして１０μｍ厚の第２のクラッド層５１ｂを形成する。これにより、図４の（ｃ）に示されるように、４本の断面矩形状のコア５２が第１および第２のクラッド層５１ａ、５１ｂ（クラッド層５１）に埋設されてなる構造体５４を得る。
【００２６】
ついで、該構造体５４をダイヤモンドブレード（図示せず）を用いて所定長さに切断し、該切断面を研磨して図４の（ｄ）に示される構造体５５Ａ、５５Ｂを得る。この構造体５５Ａ、５５Ｂは、コア５２の長さ方向の両端面がコア５２の長さ方向と直交する平坦面に形成され、その長さがアレイ型光導波路ユニット２０Ｂの厚み分異なっている。
このように作製された構造体５５Ａ、５５Ｂの基板５０を除去して、アレイ型光結合用光導波路ユニット３０Ａ、３０Ｂを得る。なお、コア５２がコア３１に相当し、クラッド層５１がクラッド３２に相当する。
【００２７】
さらに、図４の（ｅ）に示されるように、アレイ型光結合用光導波路ユニット３０Ａ、３０Ｂを、基板１２上に、ユニット３０Ｂ、ユニット３０Ａ、ユニット３０Ａおよびユニット３０Ｂの順に４列に配列して固着する。この時、アレイ型光結合用光導波路ユニット３０Ａ、３０Ｂは、光電変換素子１１が受光素子である場合には、コア３１から光を入射させ、光電変換素子１１の出力をモニターし、該出力が最大となる位置で、光硬化性樹脂、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂等の接着剤を用いて固定する。また、光電変換素子１１が発光素子である場合には、光電変換素子１１の出射光をコア３１に対して位置決めされた受光素子に受光させ、該受光素子の出力をモニターし、該出力が最大となる位置で、光硬化性樹脂、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂等の接着剤を用いて固定する。これにより、アレイ型光結合用光導波路ユニット３０Ａ、３０Ｂを構成する４つのコア３１の光軸は、それぞれ各列の対応する光電変換素子１１の素子面中心に一致する。
【００２８】
つぎに、該構造体５４を９０度Ｖ字型ダイヤモンドブレード５７を用いて所定長さに切断し、図５の（ａ）に示される構造体５６Ａ、５６Ｂを得る。この構造体５６Ａ、５６Ｂは、コア５２の長さ方向の一側端面がコア５２の長さ方向と４５度の角度を有する平坦面に形成され、他側端面がコア５２の長さ方向と直交する平坦面に平成されている。
ついで、構造体５６Ａ、５６Ｂの両端面が研磨され、金メッキが一側端面に被覆され、ミラー４０となる。
さらに、このように作製された構造体５６Ａ、５６Ｂの基板５０を除去して、アレイ型光導波路ユニット２０Ａ、２０Ｂを得る。なお、コア５２がコア２１に相当し、クラッド層５１がクラッド２２に相当する。
そして、アレイ型光導波路ユニット２０Ａ、２０Ｂが他側端面の面位置を合わせて積層され、光硬化性樹脂、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂等の接着剤を用いて固定される。この一体化されたアレイ型光導波路ユニット２０Ａ、２０Ｂの対が、図５の（ｂ）に示されるように、光電変換素子１１の列間の間隔分離されて、ミラー４０を対向させて配置される。
【００２９】
ついで、アレイ型光電変換素子ユニット１０が、アレイ型光結合用光導波路ユニット３０Ａ、３０Ｂの先端面をアレイ型光導波路ユニット２０Ａ、２０Ｂの上面に密接するように配置される。そして、光電変換素子１１が受光素子である場合には、コア２１から光を入射させ、光電変換素子１１の出力をモニターし、該出力が最大となるようにアレイ型光電変換素子ユニット１０を位置決め固定することになる。一方、光電変換素子１１が発光素子である場合には、光電変換素子１１の出射光をコア２１に対して位置決めされた受光素子に受光させ、該受光素子の出力をモニターし、該出力が最大となるようにアレイ型光電変換素子ユニット１０を位置決め固定することになる。これにより、対応するコア２１およびコア３１の光軸同士がミラー４０上で交わり、かつ、ミラー４０上の交差点における垂線に対して対称となるように、アレイ型光電変換素子ユニット１０、アレイ型光導波路ユニット２０Ａ、２０Ｂおよびアレイ型光結合用光導波路ユニット３０Ａ、３０Ｂを配列してなる光路変換デバイス１００が得られる。
【００３０】
この実施の形態１による光路変換デバイスの製造方法によれば、基板５０上に第１のクラッド層５１ａを被覆し、さらに第１のクラッド層５１ａ上にコア層５３を被覆した後、コア層５３をエッチングにより所定ピッチに配列した４本のコア５２を形成し、ついで第２のクラッド層５１ｂを被覆してコア５２が第１および第２のクラッド層５１ａ、５１ｂに埋設された構造体５４を作製し、その後構造体５４を所定長さに切断し、さらに基板５０を除去してアレイ型光結合用光導波路ユニット３０Ａ、３０Ｂを作製しているので、コア３１の配列ピッチを高精度に確保でき、かつ、反りの発生しにくいアレイ型光結合用光導波路ユニット３０Ａ、３０Ｂを作製できる。
【００３１】
このように作製されたアレイ型光結合用光導波路ユニット３０Ａ、３０Ｂを光路変換デバイスに適用すれば、アレイ型光電変換素子ユニット１０の各列の光電変換素子１１とコア３１との位置合わせがユニット単位で行われ、光路変換デバイスの生産性が向上される。同様に、アレイ型光導波路ユニット２０Ａ、２０Ｂのコア２１とアレイ型光結合用光導波路ユニット３０Ａ、３０Ｂのコア３１との位置合わせがユニット単位で行われ、光路変換デバイスの生産性が向上される。また、アレイ型光結合用光導波路ユニット３０Ａ、３０Ｂが反りの発生しにくい構造となっているので、アレイ型光導波路ユニット２０Ａ、２０Ｂが層状に配列され、アレイ型光結合用光導波路ユニット３０Ａ、３０Ｂが長尺化しても、ユニット３０Ａ、３０Ｂの反りに起因する光結合効率の低下が抑えられる。
【００３２】
また、構造体５４を切断してアレイ型光結合用光導波路ユニット３０Ａ、３０Ｂを作製しているので、長さの異なるアレイ型光結合用光導波路ユニットを簡易に作製でき、アレイ型光導波路ユニットの多層化に容易に対応できる。
また、コア５２がクラッド層５１に埋設された構造をスピンコート技術や真空成膜技術の成膜技術と写真製版技術およびエッチング技術を利用したパターニング技術により作製しているので、コア５２を任意の配列ピッチで高精度に配列させることができる容易にできる。そこで、コア５２（コア３１）の間隔を制御しやすく、光電変換素子１１の素子間を狭間隔化した高密度実装にも対応でき、光路変換デバイスの小型化が実現できる。
同様に、構造体５５Ａ、５５Ｂの基板５０を除去してアレイ型光結合用光導波路ユニット３０Ａ、３０Ｂが作製されているので、アレイ型光結合用光導波路ユニット３０Ａ、３０Ｂの小型化が図られ、光電変換素子１１の列間を狭間隔化した高密度実装にも対応でき、光路変換デバイスの小型化が実現できる。
【００３３】
また、アレイ型光導波路ユニット２０Ａ、２０Ｂおよびアレイ型光結合用光導波路ユニット３０Ａ、３０Ｂの端面が研磨されているので、コア２１、３１端面の凹凸に起因する光結合効率の低下が抑えられる。
また、ミラー４０がコア２１の端面に金メッキを施して形成されているので、コア２１やコア３１から出射される光がミラー４０で全反射され、光結合効率の低下が抑えられる。
【００３４】
ここで、上記実施の形態１では、基板５０には、Ｓｉ等の無機材料が用いられるが、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂等の有機材料を用いてもよい。
また、上記実施の形態１では、アレイ型光結合用光導波路ユニット３０Ａ、３０Ｂをアレイ型光電変換素子ユニット１０に固定するものとしているが、アレイ型光結合用光導波路ユニット３０Ａ、３０Ｂはミラー４０とアレイ型光電変換素子ユニット１０との間に配設されていればよく、アレイ型光結合用光導波路ユニット３０Ａ、３０Ｂをアレイ型光導波路ユニット２０Ａ、２０Ｂの上面（光電変換素子１１に対向する面）に固定するようにしても良い。
【００３５】
また、上記実施の形態１では、アレイ型光結合用光導波路ユニット３０Ａ、３０Ｂとアレイ型光電変換素子ユニット１０とを、あるいはアレイ型光結合用光導波路ユニット３０Ａ、３０Ｂとアレイ型光導波路ユニット２０Ａ、２０Ｂとを接着剤を用いて固定するものとしているが、両ユニットの接合部にメタライズ層を形成し、半田接合や金属超音波接合等の金属接合を用いてもよい。
また、上記実施の形態１では、構造体５６Ａ、５６Ｂの支持基板５０を除去してアレイ型光結合用光導波路ユニット２０Ａ、２０Ｂを作製するものとしているが、支持基板５０を薄板化してアレイ型光結合用光導波路ユニットを作製するようにしてもよい。この場合、アレイ型光結合用光導波路ユニットの大型化をもたらすが、アレイ型光結合用光導波路ユニットの強度を大きくでき、反りの発生を確実に抑えることができる。
【００３６】
また、上記実施の形態１では、構造体５４をダイヤモンドブレードを用いて切断するものとしているが、構造体５４の切断方法はこれに限定されるものではなく、構造体５４を精度良く切断できる方法であればよく、例えばエッチング等の方法を用いることができる。また、切断後、研磨処理を行うことにより、切断面の平滑化および長さの高精度化が図られる。
また、上記実施の形態１では、光電変換素子１１のチップを基板１２上にマトリクス状に実装してアレイ型光電変換素子ユニット１０を作製するものとしているが、基板としてシリコンウエハを用い、半導体製造技術を用いてシリコンウエハ上に光電変換素子１１を直接作り込んでアレイ型光電変換素子ユニットを作製してもよい。
【００３７】
また、上記実施の形態１では、第２のフッ素化ポリイミドのスピンコート層を反応性イオンエッチングによりパターニングするものとしているが、第２のフッ素化ポリイミドに光硬化性を付与すれば、反応性イオンエッチングを用いることなく、写真製版技術のみでそのスピンコート層をパターニングでき、製造プロセスの簡略化が図られる。つまり、所定ピッチで配列されたコア相当部が光透過するパターンに形成されたフォトマスクを介してスピンコート層に光照射し、スピンコート層の光照射部分を光硬化させる。そして、光未照射部分、つまり未硬化部分を除去することで、所定ピッチで配列されたコア５２が得られる。
【００３８】
また、上記実施の形態１では、コア２１、３１およびクラッド２２、３２の材料にフッ素化ポリイミドを用いるものとして説明しているが、コアおよびクラッドの材料は、フッ素化ポリイミドに限定されるものではなく、導波に必要な屈折が得られ、かつ、伝播波長に対して低損失である材料であればよく、例えば石英、ポリメチルメタアクリレート（PMMA）、シリコーン樹脂等が用いられる。
そして、コア、クラッドにフッ素化ポリイミドに代えてPMMA、シリコーン樹脂等の有機材料が用いられる場合には、上記実施の形態１と同様にして、スピンコート技術とパターニング技術とを組み合わせることにより、コアをクラッドに埋設する構造を作製することができる。
また、コア、クラッドにフッ素化ポリイミドに代えて石英等の無機材料が用いられる場合には、スパッタ等の真空成膜技術とパターニング技術とを組み合わせることにより、コアをクラッドに埋設する構造を作製することができる。
さらに、コアおよびクラッドを異なる材料で作製することも可能であり、さらにはその一方を石英等の無機材料で作製し、他方をフッ素化ポリイミド等の有機材料で作製することも可能である。
【００３９】
実施の形態２．
この実施の形態２では、図６に示されるように、アレイ型光導波路ユニット２０Ｃは、一側端面がコア２１の光軸に対して３０度の角度を有する平坦面に形成され、該平坦面に金メッキが施されてミラー角度（θ）を３０度とするミラー４０に形成されている。また、アレイ型光結合用光導波路ユニット３０Ｃは、端面がコア３１の光軸に対して３０度の角度を持った平坦面に形成され、コア２１（あるいはコア３１）から出射してミラー４０で反射された光の光軸が、コア３１（あるいはコア２１）の光軸に一致するようにしている。
なお、他の構成は、上記実施の形態１と同様に構成されている。
【００４０】
従って、この実施の形態２によれば、上記実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、コア２１と光電変換素子１１とを１２０度光路変換させて光結合できる光路変換デバイスが得られる。
【００４１】
ここで、ミラー角度（θ）が３０度に限らず、任意に設定すれば、コア２１と光電変換素子１１とを任意の角度で光路変換させて光結合できる光路変換デバイスが得られる。
【００４２】
実施の形態３．
この実施の形態３では、図７に示されるように、アレイ型光導波路ユニット２０Ｄ、２０Ｅは、両端面がコア２１の光軸に対して９０度の角度を有する平坦面に形成されている。また、アレイ型光結合用光導波路ユニット３０Ｄ、３０Ｅは、一側端面がコア３１の光軸に対して４５度の角度を持った平坦面に形成され、該平坦面に金メッキが施されてミラー角度（θ）を４５度とするミラー４０に形成されている。この場合においても、コア２１（あるいはコア３１）から出射してミラー４０で反射された光の光軸が、コア３１（あるいはコア２１）の光軸に一致するようになっている。
なお、他の構成は、上記実施の形態１と同様に構成されている。
従って、この実施の形態３においても、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。
【００４３】
実施の形態４．
この実施の形態４では、図８に示されるように、石英、シリコン、金属等により作製されたミラー部材４１をアレイ型光導波路ユニット２０Ｄの端面近傍に配置し、ミラー部材４１にコア２１の光軸に対して４５度の角度を有するミラー４０が形成されている。そして、図示していないが、アレイ型光結合用光導波路ユニット３０Ａが、コア２１（あるいはコア３１）から出射してミラー４０で反射された光の光軸が、コア３１（あるいはコア２１）の光軸に一致するように、配置されている。また、図示していないが、アレイ型光導波路ユニット２０Ｅ、ミラー部材４１およびアレイ型光結合用光導波路ユニット３０Ｂが、同様な位置関係で配列されている。
なお、他の構成は、上記実施の形態１と同様に構成されている。
従って、この実施の形態４においても、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。
【００４４】
実施の形態５．
図９はこの発明の実施の形態５に係る光路変換デバイスの構成を模式的に示す縦断面図である。
図９において、アレイ型光電変換素子ユニット１０Ａは、受光素子からなる光電変換素子１１ａと発光素子からなる光電変換素子１１ｂとを基板１２上に４×４のマトリクス状に実装して作製されている。また、アレイ型光導波路ユニット２０Ｆ、２０Ｇは、コア２１の長さ方向の両端面が４５度のミラー角度を有するミラー４０を構成している点を除いて、アレイ型光導波路２０Ａ、２０Ｂと同様に形成されている。
【００４５】
そして、アレイ型光結合用光導波路ユニット３０Ａ、３０Ｂがアレイ型光電変換素子ユニット１０Ａにコア３１の光軸を光電変換素子１１ａ、１１ｂの素子面中心に一致するように位置決め固定されている。また、２つのアレイ型光電変換素子ユニット１０Ａの光電変換素子１１ａ、１１ｂが、積層されたアレイ型光導波路ユニット２０Ｆ、２０Ｇおよびアレイ型光結合用光導波路ユニット３０Ａ、３０Ｂにより光結合されている。さらに、各アレイ型光電変換素子ユニット１０Ａの光電変換素子１１ａ、１１ｂが、それぞれアレイ型光結合用光導波路ユニット３０Ａ、３０Ｂを介してアレイ型光導波路ユニット２０Ａ、２０Ｂに光結合されている。この時、対応するコア２１およびコア３１の光軸同士がミラー４０上で交わり、かつ、ミラー４０上の交差点における垂線に対して対称となるように、即ちコア２１およびコア３１の光軸が一致するように、アレイ型光導波路ユニット２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｆ、２０Ｇおよびアレイ型光結合用光導波路ユニット３０Ａ、３０Ｂが位置決めされている。また、アレイ型光導波路ユニット２０Ａ、２０Ｂのコア２１の端部は、コネクタ（図示せず）を介して光スイッチや合分波器等の光デバイスに光結合されている。
【００４６】
つぎに、このように構成された光路変換デバイス１０１の動作について説明する。
一方のアレイ型光電変換素子ユニット１０Ａの光電変換素子１１ｂから出射された光がアレイ型光結合用光導波路ユニット３０Ａ、３０Ｂのコア３１に入射し、コア３１内を伝播し、アレイ型光導波路ユニット２０Ｆ、２０Ｇの一方のミラー４０で反射されてアレイ型光導波路ユニット２０Ｆ、２０Ｇのコア２１に入射する。そして、コア２１内を伝播し、他方のミラー４０で反射されて、アレイ型光結合用光導波路ユニット３０Ａ、３０Ｂのコア３１に入射し、コア３１内を伝播し、他方のアレイ型光電変換素子ユニット１０Ａの光電変換素子１１ａに受光される。
また、コネクタを介してアレイ型光導波路ユニット２０Ａ、２０Ｂのコア２１に入射した光は、コア２１内を伝播し、ミラー４０で反射されてアレイ型光結合用光導波路ユニット３０Ａ、３０Ｂのコア３１に入射し、コア３１内を伝播して、一方のアレイ型光電変換素子ユニット１０Ａの光電変換素子１１ａに受光される。
さらに、他方のアレイ型光電変換素子ユニット１０Ａの光電変換素子１１ｂから出射された光は、アレイ型光結合用光導波路ユニット３０Ａ、３０Ｂのコア３１に入射し、コア３１内を伝播し、アレイ型光導波路ユニット２０Ａ、２０Ａのミラー４０で反射されてコア２１に入射し、コア２１内を伝播し、コネクタを介して光デバイスに送光される。
【００４７】
このように、この実施の形態５によれば、受光素子および発光素子が複合配列されたアレイ型光電変換素子ユニット１０Ａ間を光結合できる光路変換デバイス１０１を実現できる。
【００４８】
実施の形態６．
この実施の形態６では、図１０に示されるように、アレイ型光結合用光導波路ユニット３０Ａに代えて短尺のアレイ型光結合用光導波路ユニット３０Ｆを２層に積層して配設している。なお、他の構成は上記実施の形態１と同様に構成されている。
【００４９】
この実施の形態６によれば、短尺のアレイ型光結合用光導波路ユニット３０Ｂ、３０Ｆを用いているので、アレイ型光結合用光導波路ユニットの長尺化に起因する反りの発生が抑えられ、光結合効率の低下が抑えられる。
【００５０】
なお、上記実施の形態６では、短尺のアレイ型光結合用光導波路ユニットを２層に積層するものとしているが、３層以上に積層するようにしてもよい。この場合、中間のアレイ型光結合用光導波路ユニットにレンズ機能を付加することにより、光結合効率を向上させることができる。
【００５１】
実施の形態７．
上記各実施の形態では、配列された矩形断面のコア３１をクラッド３２に埋設して作製されたアレイ型光結合用光導波路ユニットを用いるものとしているが、この実施の形態７では、配列された光ファイバを一体化して作製されたアレイ型光結合用光導波路ユニットを用いるものとしている。なお、光ファイバは円形断面のコアをクラッドにより被覆して形成したものである。また、光ファイバにおいても、コアとクラッドとの屈折率差は０．１〜１．０％としている。
【００５２】
この実施の形態７による光路変換デバイス１０２では、図１１に示されるように、アレイ型光結合用光導波路ユニット６０Ａ、６０Ｂは、それぞれ光結合用光導波路となる光ファイバ６１が、その光軸を平行として、かつ、光軸を同一平面上に位置するようにして、光電変換素子１１の各列における配列ピッチと同ピッチで４本配列された状態で一体化されて作製されている。そして、光ファイバ６１の長さ方向のユニット６０Ａ、６０Ｂの両端面が光ファイバ６１の光軸に対して９０度の角度の平坦面に形成されている。なお、アレイ型光結合用光導波路ユニット６０Ｂの長さは、アレイ型光結合用光導波路ユニット６０Ａに対して、アレイ型光導波路ユニット２０Ｂの厚み分短く形成されている。
そして、アレイ型光結合用光導波路ユニット６０Ａ、６０Ｂは、基板１２上に、ユニット６０Ｂ、ユニット６０Ａ、ユニット６０Ａおよびユニット６０Ｂの順に４列に配列されて固着されている。この時、アレイ型光結合用光導波路ユニット６０Ａ、６０Ｂは、光ファイバ６１の光軸がそれぞれ各列の対応する光電変換素子１１の素子面の中心に一致するように、位置決めされている。
なお、他の構成は上記実施の形態１と同様に構成されている。
【００５３】
ここで、アレイ型光結合用光導波路ユニットの製造方法について図１２を参照しつつ説明する。
まず、図１２の（ａ）に示されるように、シリコンウエハからなる支持基板７０をエッチングして所定ピッチで配列されたＶ溝７０ａを形成する。なお、Ｖ溝７０ａの配列ピッチは、光電変換素子１１の各列における配列ピッチと同じである。
ついで、図１２の（ｂ）に示されるように、円形断面の光ファイバ７１を各Ｖ溝７０ａに載置する。そして、図１２の（ｃ）に示されるように、各Ｖ溝７０ａに光ファイバ７１を入れるようにもう１つの支持基板７０を載置し、支持基板７０間にエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂等の接着剤７２を充填硬化し、所定のピッチで配列された４本の光ファイバ７１を一体化した構造体７３を得る。
【００５４】
ついで、該構造体７３をダイヤモンドブレード（図示せず）を用いて所定長さに切断し、該切断面を研磨して図１２の（ｄ）に示される構造体７４Ａ、７４Ｂを得る。この構造体７４Ａ、７４Ｂは、光ファイバ７１の長さ方向の両端面が光ファイバ７１の長さ方向と直交する平坦面に形成され、その長さがアレイ型光導波路ユニット２０Ｂの厚み分異なる。
このように作製された構造体７４Ａ、７４Ｂの基板７０を除去して、アレイ型光結合用光導波路ユニット６０Ａ、６０Ｂを得る。なお、光ファイバ７１が光ファイバ６１に相当する。
【００５５】
さらに、図１２の（ｅ）に示されるように、アレイ型光結合用光導波路ユニット６０Ａ、６０Ｂを、基板１２上に、ユニット６０Ｂ、ユニット６０Ａ、ユニット６０Ａおよびユニット６０Ｂの順に４列に配列して固着する。この時、アレイ型光結合用光導波路ユニット６０Ａ、６０Ｂは、光電変換素子１１が受光素子である場合には、光ファイバ６１から光を入射させ、光電変換素子１１の出力をモニターし、該出力が最大となる位置で、光硬化性樹脂、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂等の接着剤を用いて固定する。また、光電変換素子１１が発光素子である場合には、光電変換素子１１の出射光を光ファイバ６１に対して位置決めされた受光素子に受光させ、該受光素子の出力をモニターし、該出力が最大となる位置で、光硬化性樹脂、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂等の接着剤を用いて固定する。これにより、アレイ型光結合用光導波路ユニット６０Ａ、６０Ｂを構成する４つの光ファイバ６１の光軸は、それぞれ各列の対応する光電変換素子１１の素子面中心に一致する。
【００５６】
このようにアレイ型光結合用光導波路ユニット６０Ａ、６０Ｂが固着されたアレイ型光電変換素子ユニット１０と、積層されたアレイ型光導波路ユニット２０Ａ、２０Ｂとを、上記実施の形態１と同様に配置し、光路変換デバイス１０２が作製される。
【００５７】
この実施の形態７では、上記実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、光結合用光導波路が光ファイバ６１、即ち円形断面のコアで構成されているので、光結合用光導波路内を伝播する光の損失を少なくすることができる。
また、安価な光ファイバ７１を配列一体化した構造体７３を切断することでアレイ型光結合用光導波路ユニット６０Ａ、６０Ｂを作製できるので、製造プロセスが簡略化され、生産性が向上するとともに、低価格化が図られる。
【００５８】
なお、上記実施の形態７では、上記実施の形態１によるアレイ型光結合用光導波路ユニットに代えて光ファイバ６１を配列一体化したアレイ型光結合用光導波路ユニットを用いるものとしているが、上記実施の形態２〜６によるアレイ型光結合用光導波路ユニットに代えて光ファイバ６１を配列一体化したアレイ型光結合用光導波路ユニットを用いてもよい。
また、上記実施の形態７では、光ファイバ７１を配列一体化した構造体７３を所定長さに切断してアレイ型光結合用光導波路ユニット６０Ａ、６０Ｂを作製するものとしているが、該構造体７３を切断して作製されたものをアレイ型光導波路ユニットに適用してもよいことはいうまでもないことである。
また、上記実施の形態７では、支持基板７０にシリコンウエハを用いるものとしているが、支持基板７０はシリコンウエハに限定されるものではなく、光ファイバ７１を精度良く支持できるものであればよく、例えば銅、ニッケル等の金属材料、石英、ＡｌＮ、Ａｌ2Ｏ3等の無機材料、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂等の有機材料が用いられる。
【００５９】
また、上記実施の形態７では、支持基板７０にエッチングによりＶ溝７０ａを形成するものとしているが、Ｖ溝７０ａの形成方法はエッチングに限定されるものではなく、光ファイバ７１の光軸が平行で、かつ、同一平面上に一致するように支持基板７０に形成できればよく、例えばダイシングで形成してもよい。
また、上記実施の形態７では、光ファイバ７１を接着剤７２で一体化するものとしているが、光ファイバ７１の一体化方法は接着剤７２に限定されるものではなく、例えば光ファイバ７１および支持基板７０に金属メッキを施し、半田等の低融点金属により両者を接合するようにしてもよい。
また、上記実施の形態７では、一対の支持基板７０により配列された光ファイバ７１を支持するものとしているが、１つの支持基板７０で配列された光ファイバ７１を支持するようにしてもよい。
【００６０】
また、上記実施の形態７では、構造体７４Ａ、７４Ｂの支持基板７０を除去してアレイ型光結合用光導波路ユニット６０Ａ、６０Ｂを作製するものとしているが、支持基板７０を薄板化してアレイ型光結合用光導波路ユニットを作製するようにしてもよい。この場合、アレイ型光結合用光導波路ユニットの大型化をもたらすが、アレイ型光結合用光導波路ユニットの強度を大きくでき、反りの発生を確実に抑えることができる。
また、上記実施の形態７では、ダイヤモンドブレードを用いて構造体７３を切断するものとしているが、構造体７３の切断方法はこれに限定されるものではなく、構造体７３を精度よく切断できるものであればよい。
また、上記実施の形態７では、アレイ型光結合用光導波路ユニット６０Ａ、６０Ｂを基板１２に接着剤を用いて固定するものとしているが、アレイ型光結合用光導波路ユニット６０Ａ、６０Ｂの固定方法は接着剤に限定されるものではなく、例えばアレイ型光結合用光導波路ユニット６０Ａ、６０Ｂと支持基板１２との接合部に金属メッキを施し、半田等の低融点金属により両者を接合するようにしてもよい。
【００６１】
実施の形態８．
この実施の形態８は、光ファイバ７１を配列一体化する他の方法を提供するものである。
ここで、この実施の形態８による光ファイバを配列一体化する方法を図１３に基づいて説明する。
まず、図１３の（ａ）に示されるように、深さｌ、幅ｗの凹部７５ａが形成された整列型７５を作製する。なお、深さｌは光ファイバ７１の直径に等しく、幅ｗは光ファイバ７１の直径の整数倍（ここでは７倍）に形成されている。
ついで、図１３の（ｂ）に示されるように、７本の光ファイバ７１を整列型７５の凹部７５ａに配列させる。この時、凹部７５ａの幅ｗが光ファイバ７１の直径の７倍に形成されているので、７本の光ファイバ７１が、光軸を平行に、かつ、同一平面上に一致させて、隙間無く配列されて凹部７５ａ内に収納される。
さらに、図１３の（ｃ）に示されるように、接着剤７２を凹部７５ａ内に充填硬化させて、光ファイバ７１を配列一体化する。
【００６２】
そして、このように作製された構造体を所定長さに切断し、アレイ型光結合用光導波路ユニットやアレイ型光導波路ユニットに適用される。
【００６３】
この実施の形態８によれば、整列型７５の作製が、Ｖ溝７０ａが形成された支持基板７０の作製に比べて容易であり、低コスト化が図られる。
【００６４】
ここで、上記実施の形態８では、配列された光ファイバ７１を接着剤７２により一体化するものとしているが、光ファイバ７１と整列型７５との接合部、あるいは光ファイバ７１同士の接合部に金属メッキを施し、半田等の低融点金属により両者を接合一体化するようにしてもよい。
【００６５】
なお、上記各実施の形態では、コアの材料とクラッドの材料との屈折率差を０．１〜１．０％とするものとして説明しているが、両者の屈折率差はこれに限定されるものではなく、用途によって適宜設定されるものである。
また、上記各実施の形態では、アレイ型光導波路ユニットおよびアレイ型光結合用光導波路ユニットはそれぞれ４本のコア２１、３１を有するものとして説明しているが、コア２１、３１の本数は４本に限定されるものではなく、２本以上であれば、本発明の効果が得られる。同様に、アレイ型光電変換素子ユニットにおいても、光電変換素子が２つ以上基板１２上に配列されていればよい。
また、上記各実施の形態では、アレイ型光導波路ユニットが２層に積層されているものとしているが、アレイ型光導波路ユニットは１層の単層構造でも、２層以上の積層構造であってもよい。
【００６６】
また、本発明による光路変換デバイスでは、光電変換素子１１の扱える波長は、０．８５ｕｍ、１．３ｕｍ、１．５５ｕｍのものが一般的であるが、これに限定されるものではなく、必要に応じて任意の波長を用いることができる。
また、光電変換素子１１の波長特性を活用して、複数の波長を扱えるようにしても良い。この場合、隣接する光導波路を伝播する光のクロストークが抑えられるようになる。
また、光導波路内を伝播するモードはシングルモードでも、マルチモードでもよいことは言うまでもないことである。
【００６７】
【発明の効果】
この発明は、以上のように構成されているので、以下に記載されているような効果を奏する。
【００６８】
この発明によれば、光電変換素子が基板上にｎ行ｍ列のマトリクス状（但し、ｎ，ｍは２以上の整数）に配設されたアレイ型光電変換素子ユニットと、光軸を平行に、かつ、同一平面上に位置させて配列されたｎ本の光導波路が、その一端部を上記光電変換素子の列間の間隔分ずらしてｍ層に積層構成されたアレイ型光導波路ユニットと、上記アレイ型光導波路ユニットの各光導波路の一端部にそれぞれ設けられて該光導波路の光軸に対して所定の角度を有するミラーと、ｎ本の光結合用光導波路がその光軸を平行に、かつ、同一平面上に位置させて配列一体化されてなり、上記アレイ型光変換素子ユニットの光電変換素子の各列と対応する上記ミラーとの間に、該光結合用光導波路の光軸が上記光導波路の光軸と、該ミラー上で交差し、かつ、該ミラー上の該交差点における垂線に対して対称となり、さらに該光電変換素子の素子面の中心を通るように配設されているアレイ型光結合用光導波路ユニットとを備えたので、光結合用光導波路の反りの発生が抑えられるとともに、複数の光結合用光導波路をユニット単位で位置決めできるようになり、製造プロセスの簡略化を図り、低価格化を実現できるとともに、光結合効率の低下を抑えることができる光路変換デバイスが得られる。
【００６９】
また、上記アレイ型光結合用光導波路ユニットは、ｎ本の光ファイバが、その光軸を平行に、かつ、同一平面上に位置させて配列一体化されて構成されているので、光結合用光導波路内を伝播する光の損失が抑えられる。
【００７０】
また、上記アレイ型光結合用光導波路ユニットは、光軸を平行に、かつ、同一平面上に位置させて配列されたｎ本のコアがクラッドにより埋設一体化されて構成されているので、コア間を狭間隔化でき、高密度実装に対応することができる。
【００７２】
さらに、この発明に係る光路変換デバイスの製造方法は、第１のクラッド層を基板上に形成し、コア層を上記第１のクラッド層上に積層形成し、上記コア層をパターニングしてその長軸方向を平行に、かつ、同一平面上に位置させて配列された少なくとも２本の断面矩形のコアを形成し、ついで第２のクラッド層を被覆形成して、配列された上記少なくとも２本のコアを上記第１および第２のクラッド層により埋設一体化し、その後上記第１および第２のクラッド層により埋設一体化された上記少なくとも２本のコアを上記基板および上記第１および第２のクラッド層ごと所定長さに切断してアレイ型光結合用光導波路ユニットを作製する工程を有するので、コア間を狭間隔化でき、小型化を可能とする光路変換デバイスの製造方法が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１に係る光路変換デバイスを示す斜視図である。
【図２】 この発明の実施の形態１に係る光路変換デバイスの構成を模式的に示す縦断面図である。
【図３】 この発明の実施の形態１に係る光路変換デバイスの実装状態を説明する縦断面図である。
【図４】 この発明の実施の形態１に係る光路変換デバイスにおけるアレイ型光結合用光導波路ユニットの製造方法を説明する工程図である。
【図５】 この発明の実施の形態１に係る光路変換デバイスにおけるアレイ型光導波路ユニットの製造方法を説明する工程断面図である。
【図６】 この発明の実施の形態２に係る光路変換デバイスの構成を模式的に示す縦断面図である。
【図７】 この発明の実施の形態３に係る光路変換デバイスの構成を模式的に示す縦断面図である。
【図８】 この発明の実施の形態４に係る光路変換デバイスの構成を模式的に示す縦断面図である。
【図９】 この発明の実施の形態５に係る光路変換デバイスの構成を模式的に示す縦断面図である。
【図１０】 この発明の実施の形態６に係る光路変換デバイスの構成を模式的に示す縦断面図である。
【図１１】 この発明の実施の形態７に係る光路変換デバイスを示す斜視図である。
【図１２】 この発明の実施の形態７に係る光路変換デバイスにおけるアレイ型光結合用光導波路ユニットの製造方法を説明する工程図である。
【図１３】 この発明の実施の形態８に係る光路変換デバイスにおけるアレイ型光結合用光導波路ユニットの製造方法を説明する工程断面図である。
【図１４】 従来の光路変換デバイスの構成を説明する模式図である。
【符号の説明】
１０、１０Ａ アレイ型光電変換素子ユニット、１１ 光電変換素子、１１ａ受光素子、１１ｂ 発光素子、１２ 基板、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ、２０Ｅ、２０Ｆ、２０Ｇ アレイ型光導波路ユニット、２１ コア（光導波路）、３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄ、３０Ｅ、３０Ｆ、６０Ａ、６０Ｂ アレイ型光結合用光導波路ユニット、３１ コア（光結合用光導波路）、３２ クラッド、５０ 基板、５１ａ 第１のクラッド層、５１ｂ 第２のクラッド層、５２ コア、５３ コア層、７１ 光ファイバ、１００、１０１、１０２ 光路変換デバイス。
【発明の属する技術分野】
この発明は、光電変換素子と光導波路との間を光結合する光路変換デバイスおよびその製造方法に関し、特にアレイ状に配列された光電変換素子と光導波路との間に配置されるアレイ型光結合用光導波路ユニットの構造および製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、高速大容量の光通信システムや多数のプロセッサ間を並列信号処理する超並列コンピュータの開発に向けて、高密度で装置内を通信する光インターコネクションの開発が精力的に行われている。このような光インターコネクションを行う際、伝送された光信号の処理は電子デバイスで担われる。そして、それらの電子デバイスを結合する境界デバイスには、光導波路、光電変換素子、電子制御用のＬＳＩやスイッチ、あるいは電子部品を駆動させるための電気回路があわさった光−電気混合デバイスが必要となる。特に、高速広帯域の通信システムを実現するために、VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser)、LD(Laser Diode)、PD(Photo Diode)のような光電変換素子を備えたデバイスの要求が高まっている。
【０００３】
このような要求に対し、マイクロミラー付き光ピンを光電変換素子上に設け、光ピンと同形のスルーホールを光プリント基板に設け、光ピンをスルーホールに嵌め込んで光電変換素子と光プリント基板とを光結合させる技術が、例えばエレクトロニクス実装学会誌（vol.2, No.5, P368-372, 1999)に「光回路実装における９０度光路変換技術」として提案されている。
【０００４】
この従来の光回路実装における９０度光路変換技術は、図１４に示されるように、光プリント基板１には光導波路となるコア２が埋設され、スルーホール３がコア２を切断するように光プリント基板１に形成され、光電変換素子４に固定されたマイクロミラー付き光ピン５をスルーホール３に嵌め込むものである。そして、スルーホール３はその穴中心をコア２の光軸と直交するように光プリント基板１に形成され、光ピン５の先端面をその光軸と４５度の角度を有するマイクロミラー５ａに形成している。これにより、例えばコア２を伝播してきた光がマイクロミラー５ａで全反射されて光ピン５に導かれ、光ピン５内を伝播して光電変換素子４に到達する。つまり、コア２と光電変換素子４とを、９０度光路変換させて光結合させている。
【０００５】
この従来の光路変換技術を採用することにより、発光素子から空間に出射される光や光導波路から空間に出射される光が放射角を持って広がることに起因する発光素子と光導波路との光結合や光導波路と受光素子との光結合の低下を防止できる。さらに、この従来の光路変換技術によれば、マイクロミラー５ａを介してVCSEL等の発光素子（光電変換素子）からコア２に光を入射させる場合にも、コア２からPD等の受光素子（光電変換素子）に光を出射させる場合にも、同構造で光電変換素子４とコア２との光結合が行えるという利点がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の光路変換技術は、以上のように構成されているので、マイクロミラー付き光ピン５を光電変換素子４のそれぞれに対して単品で固定しなければならず、製造プロセスが煩雑となるとともに、低コスト化が図られない。
また、光ピン５を嵌め込むためにスルーホール３を光プリント基板１に形成する必要がある。この光ピン５は数μｍ〜数百μｍの直径であり、スルーホール３も光ピン５と同等の径を有するように形成しなければならず、スルーホール３の加工が極めて困難であり、生産性が悪化してしまう。そして、スルーホール３の個数が多くなるほど、この問題が顕著となる。さらに、微細なスルーホール３の内壁面を凹凸なく形成することは困難であり、スルーホール３によって形成されたコア２の端面の凹凸に起因してコア２と光ピン５との光結合効率が低下してしまう。
また、光電変換素子４をアレイ化する構成では、多数の光電変換素子４に対して光ピン５を１つづつ固定しなければらなず、光ピン５の位置精度が悪化する。これにより、光電変換素子４と光ピン５との光軸ずれが生じ、光結合効率の低下をもたらすことになる。
また、光電変換素子４の素子数の増大に対応するためにコア２をアレイ化した層を多層に配置する構成では、光ピン５の長さはコア層毎に異なり、長尺の光ピン５が必要となる。この光ピン５の長尺化は、光ピン５の反りをもたらし、コア２の光軸に対するマイクロミラー５ａの位置精度が悪化してしまい、光結合効率が低下する。
【０００７】
この発明は、上記の課題を解消するためになされたもので、光導波路と光電変換素子との間に配設される光結合用光導波路をアレイ化して、光結合用光導波路の反りの発生を抑えるとともに、複数の光結合用光導波路をユニット単位で位置決めを可能とし、製造プロセスの簡略化を図り、低価格化を実現できるとともに、光結合効率の低下を抑えることができる光路変換デバイスおよびその製造方法を得ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る光路変換デバイスは、光電変換素子が基板上にｎ行ｍ列のマトリクス状（但し、ｎ，ｍは２以上の整数）に配設されたアレイ型光電変換素子ユニットと、光軸を平行に、かつ、同一平面上に位置させて配列されたｎ本の光導波路が、その一端部を上記光電変換素子の列間の間隔分ずらしてｍ層に積層構成されたアレイ型光導波路ユニットと、上記アレイ型光導波路ユニットの各光導波路の一端部にそれぞれ設けられて該光導波路の光軸に対して所定の角度を有するミラーと、ｎ本の光結合用光導波路がその光軸を平行に、かつ、同一平面上に位置させて配列一体化されてなり、上記アレイ型光変換素子ユニットの光電変換素子の各列と対応する上記ミラーとの間に、該光結合用光導波路の光軸が上記光導波路の光軸と、該ミラー上で交差し、かつ、該ミラー上の該交差点における垂線に対して対称となり、さらに該光電変換素子の素子面の中心を通るように配設されているアレイ型光結合用光導波路ユニットとを備えたものである。
【０００９】
また、上記アレイ型光結合用光導波路ユニットは、ｎ本の光ファイバが、その光軸を平行に、かつ、同一平面上に位置させて配列一体化されて構成されているものである。
【００１０】
また、上記アレイ型光結合用光導波路ユニットは、光軸を平行に、かつ、同一平面上に位置させて配列されたｎ本のコアがクラッドにより埋設一体化されて構成されているものである。
【００１２】
さらに、この発明に係る光路変換デバイスの製造方法は、第１のクラッド層を基板上に形成し、コア層を上記第１のクラッド層上に積層形成し、上記コア層をパターニングしてその長軸方向を平行に、かつ、同一平面上に位置させて配列された少なくとも２本の断面矩形のコアを形成し、ついで第２のクラッド層を被覆形成して、配列された上記少なくとも２本のコアを上記第１および第２のクラッド層により埋設一体化し、その後上記第１および第２のクラッド層により埋設一体化された上記少なくとも２本のコアを上記基板および上記第１および第２のクラッド層ごと所定長さに切断してアレイ型光結合用光導波路ユニットを作製する工程を有するものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図について説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る光路変換デバイスを示す斜視図、図２はこの発明の実施の形態１に係る光路変換デバイスの構成を模式的に示す縦断面図である。
各図において、アレイ型光電変換素子ユニット１０は、VCSEL、LD、PD等の光電変換素子１１が仕様に応じて適宜選択されて所定の間隔で４列に配列されて基板１２上に実装されている。そして、各列には、光電変換素子１１が所定ピッチで４つ配列されている。
【００１４】
アレイ型光導波路ユニット２０Ａ、２０Ｂは、それぞれ光導波路となる断面矩形のコア２１が、その光軸を平行として、かつ、光軸を同一平面上に位置するようにして、光電変換素子１１の各列における配列ピッチと同ピッチで４本配列された状態で、クラッド２２に埋め込まれて作製されている。そして、コア２１の長さ方向におけるユニット２０Ａ、２０Ｂの一側端面がコア２１の光軸に対して４５度の角度（ミラー角度θ）の平坦面に形成され、金メッキが施されてミラー４０を構成している。また、ユニット２０の他側端面はコア２１の光軸に対して９０度の角度の平坦面に形成されている。なお、アレイ型光導波路ユニット２０Ｂの長さは、アレイ型光導波路ユニット２０Ａに対して、光電変換素子１１の列間の間隔分短く形成されている。
ここで、コア２１およびクラッド２２の材料にはフッ素化ポリイミドが用いられているが、コア２１には、クラッド２２のフッ素化ポリイミドより屈折率の大きいフッ素化ポリイミドが用いられている。そして、両者の屈折率差は０．１〜１．０％である。
【００１５】
アレイ型光結合用光導波路ユニット３０Ａ、３０Ｂは、それぞれ光結合用光導波路となる断面矩形のコア３１が、その光軸を平行として、かつ、光軸を同一平面上に位置するようにして、光電変換素子１１の各列における配列ピッチと同ピッチで４本配列された状態で、クラッド３２に埋め込まれて作製されている。そして、コア３１の長さ方向のユニット３０Ａ、３０Ｂの両端面がコア３１の光軸に対して９０度の角度の平坦面に形成されている。なお、アレイ型光結合用光導波路ユニット３０Ｂの長さは、アレイ型光結合用光導波路ユニット３０Ａに対して、アレイ型光導波路ユニット２０Ｂの厚み分短く形成されている。
ここで、コア３１およびクラッド３２の材料にはフッ素化ポリイミドが用いられているが、コア３１には、クラッド３２のフッ素化ポリイミドより屈折率の大きいフッ素化ポリイミドが用いられている。そして、両者の屈折率差は０．１〜１．０％である。
【００１６】
そして、アレイ型光導波路ユニット２０Ａ、２０Ｂは他側端面の面位置を合わせて積層一体化されている。そして、積層一体化されたアレイ型光導波路ユニット２０Ａ、２０Ｂの対が、光電変換素子１１の列間の間隔分離されて、ミラー４０を対向させて配置される。
一方、アレイ型光結合用光導波路ユニット３０Ａ、３０Ｂは、基板１２上に、ユニット３０Ｂ、ユニット３０Ａ、ユニット３０Ａおよびユニット３０Ｂの順に４列に配列されて固着されている。この時、アレイ型光結合用光導波路ユニット３０Ａ、３０Ｂは、コア３１の光軸がそれぞれ各列の対応する光電変換素子１１の素子面（発光面もしくは受光面）の中心に一致するように、位置決めされている。
【００１７】
そして、アレイ型光電変換素子ユニット１０が、アレイ型光結合用光導波路ユニット３０Ａ、３０Ｂの先端面をアレイ型光導波路ユニット２０Ａ、２０Ｂの上面に密接するように配設されて、光路変換デバイス１００を構成している。この時、対応するコア２１およびコア３１の光軸同士がミラー４０上で交わり、かつ、ミラー４０上の交差点における垂線に対して対称となるように、アレイ型光電変換素子ユニット１０、アレイ型光導波路ユニット２０Ａ、２０Ｂおよびアレイ型光結合用光導波路ユニット３０Ａ、３０Ｂが位置決めされている。これにより、コア２１、３１の光軸が互いに一致し、光電変換素子１１の素子面の中心が、コア３１の光軸に一致している。
【００１８】
このように構成された光路変換デバイス１００は、図３の（ａ）に示されるように、アレイ型光導波路ユニット２０Ａを基板９に固定し、あるいは、図３の（ｂ）に示されるように、アレイ型光電変換素子ユニット１０を基板９に固定して、例えば光通信システムや超並列コンピュータに組み込まれる。そして、電気配線が基板９の内部あるいは外部に設けられ、光電変換素子１１と該電気配線とが半田バンプやワイヤボンディングにより電気的に接続され、アレイ型光導波路ユニット２０Ａ、２０Ｂのコア２１と光スイッチや合分波器等の光デバイスとが光コネクタ等により接続されて、光通信システムや超並列コンピュータが構成される。
【００１９】
ここで、基板９には、Ｓｉ、ＧａＡｓ、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2、ＡｌＮ等の無機材料や、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂等の有機材料が用いられるが、光路変換デバイス１００を支持できるものであれば、これに限定されるものではない。
【００２０】
ついで、この光路変換デバイス１００の動作について説明する。
光電変換素子１１がVCSEL、LDのような発光素子であれば、光電変換素子１１から出射された光は、アレイ型光結合用光導波路ユニット３０Ａ、３０Ｂのコア３１内に導かれ、コア３１内を伝播した後、コア３１の端面から出射されてミラー４０で反射される。そして、ミラー４０により光路を９０度変換された光は、アレイ型光導波路ユニット２０Ａ、２０Ｂのコア２１内に導かれ、コア２１内を伝播する。
また、光電変換素子１１がPDのような受光素子であれば、アレイ型光導波路ユニット２０Ａ、２０Ｂのコア２１内を伝播した光はミラー４０で反射される。そして、ミラー４０により光路を９０度変換された光は、アレイ型光結合用光導波路ユニット３０Ａ、３０Ｂのコア３１内に導かれ、コア３１内を伝播して光電変換素子１１に受光される。
【００２１】
この実施の形態１によれば、コア２１と光電変換素子１１とを９０度光路変換させて光結合できる光路変換デバイス１００が得られる。
そして、４本のコア３１がクラッド３２により埋設一体化されてアレイ型光結合用光導波路ユニット３０Ａ、３０Ｂに構成されているので、１列に配列された４つの光電変換素子１１に４本のコア３１をユニット単位で、即ち１工程で固定でき、製造プロセスが簡略化され、低コスト化が図られる。
また、４本のコア３１の配列ピッチを４つの光電変換素子１１の配列ピッチに合わせてアレイ型光結合用光導波路ユニット３０Ａ、３０Ｂを作製することにより、コア３１の光軸と光電変換素子１１の素子面中心とのずれが簡易に抑えられ、コア３１と光電変換素子１１との間の光結合効率の低下が抑えられる。
【００２２】
また、４本のコア３１がクラッド３２により埋設一体化されてアレイ型光結合用光導波路ユニット３０Ａ、３０Ｂに構成されているので、コア３１の長尺化に起因するコア３１の反りの発生は従来技術のように光ピン５単品に発生する反りに比べて著しく低減される。その結果、コア３１の長さを高精度に確保でき、アレイ型光導波路ユニット２０Ａ、２０Ｂを多層に積層する構成に適用しても、光結合効率の低下が抑えられる。
また、従来技術のようにスルーホールをアレイ型光導波路ユニット２０Ａ、２０Ｂに設ける必要がないので、極めて困難なスルーホール加工が不要となる分、生産性が向上される。さらに、スルーホール加工に起因するコア端面の凹凸がなく、即ちコア２１の端面を平滑面に形成できるので、その点においても光結合効率の低下が抑えられる。
【００２３】
また、光電変換素子１１が発光素子、受光素子に拘わらず、同構造で光電変換素子１１とコア２１との光結合を実現できる。さらに、光電変換素子１１として受光素子と発光素子とが混在する光路変換デバイスを実現できる。
さらに、コア２１とコア３１とがミラー４０を介して光結合されているので、発光素子から空間に出射される光や光導波路から空間に出射される光が放射角を持って広がることに起因する発光素子と光導波路との光結合や光導波路と受光素子との光結合の低下を防止できる。
また、アレイ型光結合用光導波路ユニット３０Ａ、３０Ｂが光電変換素子１１を覆うように基板１２上に固着されているので、光電変換素子１１が保護され、光電変換素子１１の長寿命化が図られる。
【００２４】
ここで、この光路変換デバイス１００の製造方法について図４および図５を参照しつつ説明する。
まず、光電変換素子１１のチップを基板１２上に４×４のマトリクス状に実装してアレイ型光電変換素子ユニット１０が作製される。
【００２５】
つぎに、基板５０上に第１のフッ素化ポリイミド溶液をスピンコートし、ベーキングして１０μｍ厚の第１のクラッド層５１ａを形成する。さらに、第１のフッ素化ポリイミドより屈折率の大きい第２のフッ素化ポリイミド溶液をスピンコートし、ベーキングして５μｍ厚のコア層５３を形成する。これにより、図４の（ａ）に示されるように、第１のクラッド層５１ａおよびコア層５３が基板５０上に２層に重なって形成される。
ついで、コア層５３上にフォトレジストを塗布し、写真製版技術を用いてフォトレジストをパターニングし、その後反応性イオンエッチングによりコア層５３の不要部分を除去する（パターニングする）。そして、フォトレジストを除去し、図４の（ｂ）に示されるように、５μｍ幅のコア５２が平行に４本形成される。なお、コア５２は、光電変換素子１１の各列における配列ピッチと等しいピッチに配列されている。
ついで、第１のフッ素化ポリイミド溶液をスピンコートし、ベーキングして１０μｍ厚の第２のクラッド層５１ｂを形成する。これにより、図４の（ｃ）に示されるように、４本の断面矩形状のコア５２が第１および第２のクラッド層５１ａ、５１ｂ（クラッド層５１）に埋設されてなる構造体５４を得る。
【００２６】
ついで、該構造体５４をダイヤモンドブレード（図示せず）を用いて所定長さに切断し、該切断面を研磨して図４の（ｄ）に示される構造体５５Ａ、５５Ｂを得る。この構造体５５Ａ、５５Ｂは、コア５２の長さ方向の両端面がコア５２の長さ方向と直交する平坦面に形成され、その長さがアレイ型光導波路ユニット２０Ｂの厚み分異なっている。
このように作製された構造体５５Ａ、５５Ｂの基板５０を除去して、アレイ型光結合用光導波路ユニット３０Ａ、３０Ｂを得る。なお、コア５２がコア３１に相当し、クラッド層５１がクラッド３２に相当する。
【００２７】
さらに、図４の（ｅ）に示されるように、アレイ型光結合用光導波路ユニット３０Ａ、３０Ｂを、基板１２上に、ユニット３０Ｂ、ユニット３０Ａ、ユニット３０Ａおよびユニット３０Ｂの順に４列に配列して固着する。この時、アレイ型光結合用光導波路ユニット３０Ａ、３０Ｂは、光電変換素子１１が受光素子である場合には、コア３１から光を入射させ、光電変換素子１１の出力をモニターし、該出力が最大となる位置で、光硬化性樹脂、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂等の接着剤を用いて固定する。また、光電変換素子１１が発光素子である場合には、光電変換素子１１の出射光をコア３１に対して位置決めされた受光素子に受光させ、該受光素子の出力をモニターし、該出力が最大となる位置で、光硬化性樹脂、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂等の接着剤を用いて固定する。これにより、アレイ型光結合用光導波路ユニット３０Ａ、３０Ｂを構成する４つのコア３１の光軸は、それぞれ各列の対応する光電変換素子１１の素子面中心に一致する。
【００２８】
つぎに、該構造体５４を９０度Ｖ字型ダイヤモンドブレード５７を用いて所定長さに切断し、図５の（ａ）に示される構造体５６Ａ、５６Ｂを得る。この構造体５６Ａ、５６Ｂは、コア５２の長さ方向の一側端面がコア５２の長さ方向と４５度の角度を有する平坦面に形成され、他側端面がコア５２の長さ方向と直交する平坦面に平成されている。
ついで、構造体５６Ａ、５６Ｂの両端面が研磨され、金メッキが一側端面に被覆され、ミラー４０となる。
さらに、このように作製された構造体５６Ａ、５６Ｂの基板５０を除去して、アレイ型光導波路ユニット２０Ａ、２０Ｂを得る。なお、コア５２がコア２１に相当し、クラッド層５１がクラッド２２に相当する。
そして、アレイ型光導波路ユニット２０Ａ、２０Ｂが他側端面の面位置を合わせて積層され、光硬化性樹脂、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂等の接着剤を用いて固定される。この一体化されたアレイ型光導波路ユニット２０Ａ、２０Ｂの対が、図５の（ｂ）に示されるように、光電変換素子１１の列間の間隔分離されて、ミラー４０を対向させて配置される。
【００２９】
ついで、アレイ型光電変換素子ユニット１０が、アレイ型光結合用光導波路ユニット３０Ａ、３０Ｂの先端面をアレイ型光導波路ユニット２０Ａ、２０Ｂの上面に密接するように配置される。そして、光電変換素子１１が受光素子である場合には、コア２１から光を入射させ、光電変換素子１１の出力をモニターし、該出力が最大となるようにアレイ型光電変換素子ユニット１０を位置決め固定することになる。一方、光電変換素子１１が発光素子である場合には、光電変換素子１１の出射光をコア２１に対して位置決めされた受光素子に受光させ、該受光素子の出力をモニターし、該出力が最大となるようにアレイ型光電変換素子ユニット１０を位置決め固定することになる。これにより、対応するコア２１およびコア３１の光軸同士がミラー４０上で交わり、かつ、ミラー４０上の交差点における垂線に対して対称となるように、アレイ型光電変換素子ユニット１０、アレイ型光導波路ユニット２０Ａ、２０Ｂおよびアレイ型光結合用光導波路ユニット３０Ａ、３０Ｂを配列してなる光路変換デバイス１００が得られる。
【００３０】
この実施の形態１による光路変換デバイスの製造方法によれば、基板５０上に第１のクラッド層５１ａを被覆し、さらに第１のクラッド層５１ａ上にコア層５３を被覆した後、コア層５３をエッチングにより所定ピッチに配列した４本のコア５２を形成し、ついで第２のクラッド層５１ｂを被覆してコア５２が第１および第２のクラッド層５１ａ、５１ｂに埋設された構造体５４を作製し、その後構造体５４を所定長さに切断し、さらに基板５０を除去してアレイ型光結合用光導波路ユニット３０Ａ、３０Ｂを作製しているので、コア３１の配列ピッチを高精度に確保でき、かつ、反りの発生しにくいアレイ型光結合用光導波路ユニット３０Ａ、３０Ｂを作製できる。
【００３１】
このように作製されたアレイ型光結合用光導波路ユニット３０Ａ、３０Ｂを光路変換デバイスに適用すれば、アレイ型光電変換素子ユニット１０の各列の光電変換素子１１とコア３１との位置合わせがユニット単位で行われ、光路変換デバイスの生産性が向上される。同様に、アレイ型光導波路ユニット２０Ａ、２０Ｂのコア２１とアレイ型光結合用光導波路ユニット３０Ａ、３０Ｂのコア３１との位置合わせがユニット単位で行われ、光路変換デバイスの生産性が向上される。また、アレイ型光結合用光導波路ユニット３０Ａ、３０Ｂが反りの発生しにくい構造となっているので、アレイ型光導波路ユニット２０Ａ、２０Ｂが層状に配列され、アレイ型光結合用光導波路ユニット３０Ａ、３０Ｂが長尺化しても、ユニット３０Ａ、３０Ｂの反りに起因する光結合効率の低下が抑えられる。
【００３２】
また、構造体５４を切断してアレイ型光結合用光導波路ユニット３０Ａ、３０Ｂを作製しているので、長さの異なるアレイ型光結合用光導波路ユニットを簡易に作製でき、アレイ型光導波路ユニットの多層化に容易に対応できる。
また、コア５２がクラッド層５１に埋設された構造をスピンコート技術や真空成膜技術の成膜技術と写真製版技術およびエッチング技術を利用したパターニング技術により作製しているので、コア５２を任意の配列ピッチで高精度に配列させることができる容易にできる。そこで、コア５２（コア３１）の間隔を制御しやすく、光電変換素子１１の素子間を狭間隔化した高密度実装にも対応でき、光路変換デバイスの小型化が実現できる。
同様に、構造体５５Ａ、５５Ｂの基板５０を除去してアレイ型光結合用光導波路ユニット３０Ａ、３０Ｂが作製されているので、アレイ型光結合用光導波路ユニット３０Ａ、３０Ｂの小型化が図られ、光電変換素子１１の列間を狭間隔化した高密度実装にも対応でき、光路変換デバイスの小型化が実現できる。
【００３３】
また、アレイ型光導波路ユニット２０Ａ、２０Ｂおよびアレイ型光結合用光導波路ユニット３０Ａ、３０Ｂの端面が研磨されているので、コア２１、３１端面の凹凸に起因する光結合効率の低下が抑えられる。
また、ミラー４０がコア２１の端面に金メッキを施して形成されているので、コア２１やコア３１から出射される光がミラー４０で全反射され、光結合効率の低下が抑えられる。
【００３４】
ここで、上記実施の形態１では、基板５０には、Ｓｉ等の無機材料が用いられるが、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂等の有機材料を用いてもよい。
また、上記実施の形態１では、アレイ型光結合用光導波路ユニット３０Ａ、３０Ｂをアレイ型光電変換素子ユニット１０に固定するものとしているが、アレイ型光結合用光導波路ユニット３０Ａ、３０Ｂはミラー４０とアレイ型光電変換素子ユニット１０との間に配設されていればよく、アレイ型光結合用光導波路ユニット３０Ａ、３０Ｂをアレイ型光導波路ユニット２０Ａ、２０Ｂの上面（光電変換素子１１に対向する面）に固定するようにしても良い。
【００３５】
また、上記実施の形態１では、アレイ型光結合用光導波路ユニット３０Ａ、３０Ｂとアレイ型光電変換素子ユニット１０とを、あるいはアレイ型光結合用光導波路ユニット３０Ａ、３０Ｂとアレイ型光導波路ユニット２０Ａ、２０Ｂとを接着剤を用いて固定するものとしているが、両ユニットの接合部にメタライズ層を形成し、半田接合や金属超音波接合等の金属接合を用いてもよい。
また、上記実施の形態１では、構造体５６Ａ、５６Ｂの支持基板５０を除去してアレイ型光結合用光導波路ユニット２０Ａ、２０Ｂを作製するものとしているが、支持基板５０を薄板化してアレイ型光結合用光導波路ユニットを作製するようにしてもよい。この場合、アレイ型光結合用光導波路ユニットの大型化をもたらすが、アレイ型光結合用光導波路ユニットの強度を大きくでき、反りの発生を確実に抑えることができる。
【００３６】
また、上記実施の形態１では、構造体５４をダイヤモンドブレードを用いて切断するものとしているが、構造体５４の切断方法はこれに限定されるものではなく、構造体５４を精度良く切断できる方法であればよく、例えばエッチング等の方法を用いることができる。また、切断後、研磨処理を行うことにより、切断面の平滑化および長さの高精度化が図られる。
また、上記実施の形態１では、光電変換素子１１のチップを基板１２上にマトリクス状に実装してアレイ型光電変換素子ユニット１０を作製するものとしているが、基板としてシリコンウエハを用い、半導体製造技術を用いてシリコンウエハ上に光電変換素子１１を直接作り込んでアレイ型光電変換素子ユニットを作製してもよい。
【００３７】
また、上記実施の形態１では、第２のフッ素化ポリイミドのスピンコート層を反応性イオンエッチングによりパターニングするものとしているが、第２のフッ素化ポリイミドに光硬化性を付与すれば、反応性イオンエッチングを用いることなく、写真製版技術のみでそのスピンコート層をパターニングでき、製造プロセスの簡略化が図られる。つまり、所定ピッチで配列されたコア相当部が光透過するパターンに形成されたフォトマスクを介してスピンコート層に光照射し、スピンコート層の光照射部分を光硬化させる。そして、光未照射部分、つまり未硬化部分を除去することで、所定ピッチで配列されたコア５２が得られる。
【００３８】
また、上記実施の形態１では、コア２１、３１およびクラッド２２、３２の材料にフッ素化ポリイミドを用いるものとして説明しているが、コアおよびクラッドの材料は、フッ素化ポリイミドに限定されるものではなく、導波に必要な屈折が得られ、かつ、伝播波長に対して低損失である材料であればよく、例えば石英、ポリメチルメタアクリレート（PMMA）、シリコーン樹脂等が用いられる。
そして、コア、クラッドにフッ素化ポリイミドに代えてPMMA、シリコーン樹脂等の有機材料が用いられる場合には、上記実施の形態１と同様にして、スピンコート技術とパターニング技術とを組み合わせることにより、コアをクラッドに埋設する構造を作製することができる。
また、コア、クラッドにフッ素化ポリイミドに代えて石英等の無機材料が用いられる場合には、スパッタ等の真空成膜技術とパターニング技術とを組み合わせることにより、コアをクラッドに埋設する構造を作製することができる。
さらに、コアおよびクラッドを異なる材料で作製することも可能であり、さらにはその一方を石英等の無機材料で作製し、他方をフッ素化ポリイミド等の有機材料で作製することも可能である。
【００３９】
実施の形態２．
この実施の形態２では、図６に示されるように、アレイ型光導波路ユニット２０Ｃは、一側端面がコア２１の光軸に対して３０度の角度を有する平坦面に形成され、該平坦面に金メッキが施されてミラー角度（θ）を３０度とするミラー４０に形成されている。また、アレイ型光結合用光導波路ユニット３０Ｃは、端面がコア３１の光軸に対して３０度の角度を持った平坦面に形成され、コア２１（あるいはコア３１）から出射してミラー４０で反射された光の光軸が、コア３１（あるいはコア２１）の光軸に一致するようにしている。
なお、他の構成は、上記実施の形態１と同様に構成されている。
【００４０】
従って、この実施の形態２によれば、上記実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、コア２１と光電変換素子１１とを１２０度光路変換させて光結合できる光路変換デバイスが得られる。
【００４１】
ここで、ミラー角度（θ）が３０度に限らず、任意に設定すれば、コア２１と光電変換素子１１とを任意の角度で光路変換させて光結合できる光路変換デバイスが得られる。
【００４２】
実施の形態３．
この実施の形態３では、図７に示されるように、アレイ型光導波路ユニット２０Ｄ、２０Ｅは、両端面がコア２１の光軸に対して９０度の角度を有する平坦面に形成されている。また、アレイ型光結合用光導波路ユニット３０Ｄ、３０Ｅは、一側端面がコア３１の光軸に対して４５度の角度を持った平坦面に形成され、該平坦面に金メッキが施されてミラー角度（θ）を４５度とするミラー４０に形成されている。この場合においても、コア２１（あるいはコア３１）から出射してミラー４０で反射された光の光軸が、コア３１（あるいはコア２１）の光軸に一致するようになっている。
なお、他の構成は、上記実施の形態１と同様に構成されている。
従って、この実施の形態３においても、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。
【００４３】
実施の形態４．
この実施の形態４では、図８に示されるように、石英、シリコン、金属等により作製されたミラー部材４１をアレイ型光導波路ユニット２０Ｄの端面近傍に配置し、ミラー部材４１にコア２１の光軸に対して４５度の角度を有するミラー４０が形成されている。そして、図示していないが、アレイ型光結合用光導波路ユニット３０Ａが、コア２１（あるいはコア３１）から出射してミラー４０で反射された光の光軸が、コア３１（あるいはコア２１）の光軸に一致するように、配置されている。また、図示していないが、アレイ型光導波路ユニット２０Ｅ、ミラー部材４１およびアレイ型光結合用光導波路ユニット３０Ｂが、同様な位置関係で配列されている。
なお、他の構成は、上記実施の形態１と同様に構成されている。
従って、この実施の形態４においても、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。
【００４４】
実施の形態５．
図９はこの発明の実施の形態５に係る光路変換デバイスの構成を模式的に示す縦断面図である。
図９において、アレイ型光電変換素子ユニット１０Ａは、受光素子からなる光電変換素子１１ａと発光素子からなる光電変換素子１１ｂとを基板１２上に４×４のマトリクス状に実装して作製されている。また、アレイ型光導波路ユニット２０Ｆ、２０Ｇは、コア２１の長さ方向の両端面が４５度のミラー角度を有するミラー４０を構成している点を除いて、アレイ型光導波路２０Ａ、２０Ｂと同様に形成されている。
【００４５】
そして、アレイ型光結合用光導波路ユニット３０Ａ、３０Ｂがアレイ型光電変換素子ユニット１０Ａにコア３１の光軸を光電変換素子１１ａ、１１ｂの素子面中心に一致するように位置決め固定されている。また、２つのアレイ型光電変換素子ユニット１０Ａの光電変換素子１１ａ、１１ｂが、積層されたアレイ型光導波路ユニット２０Ｆ、２０Ｇおよびアレイ型光結合用光導波路ユニット３０Ａ、３０Ｂにより光結合されている。さらに、各アレイ型光電変換素子ユニット１０Ａの光電変換素子１１ａ、１１ｂが、それぞれアレイ型光結合用光導波路ユニット３０Ａ、３０Ｂを介してアレイ型光導波路ユニット２０Ａ、２０Ｂに光結合されている。この時、対応するコア２１およびコア３１の光軸同士がミラー４０上で交わり、かつ、ミラー４０上の交差点における垂線に対して対称となるように、即ちコア２１およびコア３１の光軸が一致するように、アレイ型光導波路ユニット２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｆ、２０Ｇおよびアレイ型光結合用光導波路ユニット３０Ａ、３０Ｂが位置決めされている。また、アレイ型光導波路ユニット２０Ａ、２０Ｂのコア２１の端部は、コネクタ（図示せず）を介して光スイッチや合分波器等の光デバイスに光結合されている。
【００４６】
つぎに、このように構成された光路変換デバイス１０１の動作について説明する。
一方のアレイ型光電変換素子ユニット１０Ａの光電変換素子１１ｂから出射された光がアレイ型光結合用光導波路ユニット３０Ａ、３０Ｂのコア３１に入射し、コア３１内を伝播し、アレイ型光導波路ユニット２０Ｆ、２０Ｇの一方のミラー４０で反射されてアレイ型光導波路ユニット２０Ｆ、２０Ｇのコア２１に入射する。そして、コア２１内を伝播し、他方のミラー４０で反射されて、アレイ型光結合用光導波路ユニット３０Ａ、３０Ｂのコア３１に入射し、コア３１内を伝播し、他方のアレイ型光電変換素子ユニット１０Ａの光電変換素子１１ａに受光される。
また、コネクタを介してアレイ型光導波路ユニット２０Ａ、２０Ｂのコア２１に入射した光は、コア２１内を伝播し、ミラー４０で反射されてアレイ型光結合用光導波路ユニット３０Ａ、３０Ｂのコア３１に入射し、コア３１内を伝播して、一方のアレイ型光電変換素子ユニット１０Ａの光電変換素子１１ａに受光される。
さらに、他方のアレイ型光電変換素子ユニット１０Ａの光電変換素子１１ｂから出射された光は、アレイ型光結合用光導波路ユニット３０Ａ、３０Ｂのコア３１に入射し、コア３１内を伝播し、アレイ型光導波路ユニット２０Ａ、２０Ａのミラー４０で反射されてコア２１に入射し、コア２１内を伝播し、コネクタを介して光デバイスに送光される。
【００４７】
このように、この実施の形態５によれば、受光素子および発光素子が複合配列されたアレイ型光電変換素子ユニット１０Ａ間を光結合できる光路変換デバイス１０１を実現できる。
【００４８】
実施の形態６．
この実施の形態６では、図１０に示されるように、アレイ型光結合用光導波路ユニット３０Ａに代えて短尺のアレイ型光結合用光導波路ユニット３０Ｆを２層に積層して配設している。なお、他の構成は上記実施の形態１と同様に構成されている。
【００４９】
この実施の形態６によれば、短尺のアレイ型光結合用光導波路ユニット３０Ｂ、３０Ｆを用いているので、アレイ型光結合用光導波路ユニットの長尺化に起因する反りの発生が抑えられ、光結合効率の低下が抑えられる。
【００５０】
なお、上記実施の形態６では、短尺のアレイ型光結合用光導波路ユニットを２層に積層するものとしているが、３層以上に積層するようにしてもよい。この場合、中間のアレイ型光結合用光導波路ユニットにレンズ機能を付加することにより、光結合効率を向上させることができる。
【００５１】
実施の形態７．
上記各実施の形態では、配列された矩形断面のコア３１をクラッド３２に埋設して作製されたアレイ型光結合用光導波路ユニットを用いるものとしているが、この実施の形態７では、配列された光ファイバを一体化して作製されたアレイ型光結合用光導波路ユニットを用いるものとしている。なお、光ファイバは円形断面のコアをクラッドにより被覆して形成したものである。また、光ファイバにおいても、コアとクラッドとの屈折率差は０．１〜１．０％としている。
【００５２】
この実施の形態７による光路変換デバイス１０２では、図１１に示されるように、アレイ型光結合用光導波路ユニット６０Ａ、６０Ｂは、それぞれ光結合用光導波路となる光ファイバ６１が、その光軸を平行として、かつ、光軸を同一平面上に位置するようにして、光電変換素子１１の各列における配列ピッチと同ピッチで４本配列された状態で一体化されて作製されている。そして、光ファイバ６１の長さ方向のユニット６０Ａ、６０Ｂの両端面が光ファイバ６１の光軸に対して９０度の角度の平坦面に形成されている。なお、アレイ型光結合用光導波路ユニット６０Ｂの長さは、アレイ型光結合用光導波路ユニット６０Ａに対して、アレイ型光導波路ユニット２０Ｂの厚み分短く形成されている。
そして、アレイ型光結合用光導波路ユニット６０Ａ、６０Ｂは、基板１２上に、ユニット６０Ｂ、ユニット６０Ａ、ユニット６０Ａおよびユニット６０Ｂの順に４列に配列されて固着されている。この時、アレイ型光結合用光導波路ユニット６０Ａ、６０Ｂは、光ファイバ６１の光軸がそれぞれ各列の対応する光電変換素子１１の素子面の中心に一致するように、位置決めされている。
なお、他の構成は上記実施の形態１と同様に構成されている。
【００５３】
ここで、アレイ型光結合用光導波路ユニットの製造方法について図１２を参照しつつ説明する。
まず、図１２の（ａ）に示されるように、シリコンウエハからなる支持基板７０をエッチングして所定ピッチで配列されたＶ溝７０ａを形成する。なお、Ｖ溝７０ａの配列ピッチは、光電変換素子１１の各列における配列ピッチと同じである。
ついで、図１２の（ｂ）に示されるように、円形断面の光ファイバ７１を各Ｖ溝７０ａに載置する。そして、図１２の（ｃ）に示されるように、各Ｖ溝７０ａに光ファイバ７１を入れるようにもう１つの支持基板７０を載置し、支持基板７０間にエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂等の接着剤７２を充填硬化し、所定のピッチで配列された４本の光ファイバ７１を一体化した構造体７３を得る。
【００５４】
ついで、該構造体７３をダイヤモンドブレード（図示せず）を用いて所定長さに切断し、該切断面を研磨して図１２の（ｄ）に示される構造体７４Ａ、７４Ｂを得る。この構造体７４Ａ、７４Ｂは、光ファイバ７１の長さ方向の両端面が光ファイバ７１の長さ方向と直交する平坦面に形成され、その長さがアレイ型光導波路ユニット２０Ｂの厚み分異なる。
このように作製された構造体７４Ａ、７４Ｂの基板７０を除去して、アレイ型光結合用光導波路ユニット６０Ａ、６０Ｂを得る。なお、光ファイバ７１が光ファイバ６１に相当する。
【００５５】
さらに、図１２の（ｅ）に示されるように、アレイ型光結合用光導波路ユニット６０Ａ、６０Ｂを、基板１２上に、ユニット６０Ｂ、ユニット６０Ａ、ユニット６０Ａおよびユニット６０Ｂの順に４列に配列して固着する。この時、アレイ型光結合用光導波路ユニット６０Ａ、６０Ｂは、光電変換素子１１が受光素子である場合には、光ファイバ６１から光を入射させ、光電変換素子１１の出力をモニターし、該出力が最大となる位置で、光硬化性樹脂、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂等の接着剤を用いて固定する。また、光電変換素子１１が発光素子である場合には、光電変換素子１１の出射光を光ファイバ６１に対して位置決めされた受光素子に受光させ、該受光素子の出力をモニターし、該出力が最大となる位置で、光硬化性樹脂、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂等の接着剤を用いて固定する。これにより、アレイ型光結合用光導波路ユニット６０Ａ、６０Ｂを構成する４つの光ファイバ６１の光軸は、それぞれ各列の対応する光電変換素子１１の素子面中心に一致する。
【００５６】
このようにアレイ型光結合用光導波路ユニット６０Ａ、６０Ｂが固着されたアレイ型光電変換素子ユニット１０と、積層されたアレイ型光導波路ユニット２０Ａ、２０Ｂとを、上記実施の形態１と同様に配置し、光路変換デバイス１０２が作製される。
【００５７】
この実施の形態７では、上記実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、光結合用光導波路が光ファイバ６１、即ち円形断面のコアで構成されているので、光結合用光導波路内を伝播する光の損失を少なくすることができる。
また、安価な光ファイバ７１を配列一体化した構造体７３を切断することでアレイ型光結合用光導波路ユニット６０Ａ、６０Ｂを作製できるので、製造プロセスが簡略化され、生産性が向上するとともに、低価格化が図られる。
【００５８】
なお、上記実施の形態７では、上記実施の形態１によるアレイ型光結合用光導波路ユニットに代えて光ファイバ６１を配列一体化したアレイ型光結合用光導波路ユニットを用いるものとしているが、上記実施の形態２〜６によるアレイ型光結合用光導波路ユニットに代えて光ファイバ６１を配列一体化したアレイ型光結合用光導波路ユニットを用いてもよい。
また、上記実施の形態７では、光ファイバ７１を配列一体化した構造体７３を所定長さに切断してアレイ型光結合用光導波路ユニット６０Ａ、６０Ｂを作製するものとしているが、該構造体７３を切断して作製されたものをアレイ型光導波路ユニットに適用してもよいことはいうまでもないことである。
また、上記実施の形態７では、支持基板７０にシリコンウエハを用いるものとしているが、支持基板７０はシリコンウエハに限定されるものではなく、光ファイバ７１を精度良く支持できるものであればよく、例えば銅、ニッケル等の金属材料、石英、ＡｌＮ、Ａｌ2Ｏ3等の無機材料、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂等の有機材料が用いられる。
【００５９】
また、上記実施の形態７では、支持基板７０にエッチングによりＶ溝７０ａを形成するものとしているが、Ｖ溝７０ａの形成方法はエッチングに限定されるものではなく、光ファイバ７１の光軸が平行で、かつ、同一平面上に一致するように支持基板７０に形成できればよく、例えばダイシングで形成してもよい。
また、上記実施の形態７では、光ファイバ７１を接着剤７２で一体化するものとしているが、光ファイバ７１の一体化方法は接着剤７２に限定されるものではなく、例えば光ファイバ７１および支持基板７０に金属メッキを施し、半田等の低融点金属により両者を接合するようにしてもよい。
また、上記実施の形態７では、一対の支持基板７０により配列された光ファイバ７１を支持するものとしているが、１つの支持基板７０で配列された光ファイバ７１を支持するようにしてもよい。
【００６０】
また、上記実施の形態７では、構造体７４Ａ、７４Ｂの支持基板７０を除去してアレイ型光結合用光導波路ユニット６０Ａ、６０Ｂを作製するものとしているが、支持基板７０を薄板化してアレイ型光結合用光導波路ユニットを作製するようにしてもよい。この場合、アレイ型光結合用光導波路ユニットの大型化をもたらすが、アレイ型光結合用光導波路ユニットの強度を大きくでき、反りの発生を確実に抑えることができる。
また、上記実施の形態７では、ダイヤモンドブレードを用いて構造体７３を切断するものとしているが、構造体７３の切断方法はこれに限定されるものではなく、構造体７３を精度よく切断できるものであればよい。
また、上記実施の形態７では、アレイ型光結合用光導波路ユニット６０Ａ、６０Ｂを基板１２に接着剤を用いて固定するものとしているが、アレイ型光結合用光導波路ユニット６０Ａ、６０Ｂの固定方法は接着剤に限定されるものではなく、例えばアレイ型光結合用光導波路ユニット６０Ａ、６０Ｂと支持基板１２との接合部に金属メッキを施し、半田等の低融点金属により両者を接合するようにしてもよい。
【００６１】
実施の形態８．
この実施の形態８は、光ファイバ７１を配列一体化する他の方法を提供するものである。
ここで、この実施の形態８による光ファイバを配列一体化する方法を図１３に基づいて説明する。
まず、図１３の（ａ）に示されるように、深さｌ、幅ｗの凹部７５ａが形成された整列型７５を作製する。なお、深さｌは光ファイバ７１の直径に等しく、幅ｗは光ファイバ７１の直径の整数倍（ここでは７倍）に形成されている。
ついで、図１３の（ｂ）に示されるように、７本の光ファイバ７１を整列型７５の凹部７５ａに配列させる。この時、凹部７５ａの幅ｗが光ファイバ７１の直径の７倍に形成されているので、７本の光ファイバ７１が、光軸を平行に、かつ、同一平面上に一致させて、隙間無く配列されて凹部７５ａ内に収納される。
さらに、図１３の（ｃ）に示されるように、接着剤７２を凹部７５ａ内に充填硬化させて、光ファイバ７１を配列一体化する。
【００６２】
そして、このように作製された構造体を所定長さに切断し、アレイ型光結合用光導波路ユニットやアレイ型光導波路ユニットに適用される。
【００６３】
この実施の形態８によれば、整列型７５の作製が、Ｖ溝７０ａが形成された支持基板７０の作製に比べて容易であり、低コスト化が図られる。
【００６４】
ここで、上記実施の形態８では、配列された光ファイバ７１を接着剤７２により一体化するものとしているが、光ファイバ７１と整列型７５との接合部、あるいは光ファイバ７１同士の接合部に金属メッキを施し、半田等の低融点金属により両者を接合一体化するようにしてもよい。
【００６５】
なお、上記各実施の形態では、コアの材料とクラッドの材料との屈折率差を０．１〜１．０％とするものとして説明しているが、両者の屈折率差はこれに限定されるものではなく、用途によって適宜設定されるものである。
また、上記各実施の形態では、アレイ型光導波路ユニットおよびアレイ型光結合用光導波路ユニットはそれぞれ４本のコア２１、３１を有するものとして説明しているが、コア２１、３１の本数は４本に限定されるものではなく、２本以上であれば、本発明の効果が得られる。同様に、アレイ型光電変換素子ユニットにおいても、光電変換素子が２つ以上基板１２上に配列されていればよい。
また、上記各実施の形態では、アレイ型光導波路ユニットが２層に積層されているものとしているが、アレイ型光導波路ユニットは１層の単層構造でも、２層以上の積層構造であってもよい。
【００６６】
また、本発明による光路変換デバイスでは、光電変換素子１１の扱える波長は、０．８５ｕｍ、１．３ｕｍ、１．５５ｕｍのものが一般的であるが、これに限定されるものではなく、必要に応じて任意の波長を用いることができる。
また、光電変換素子１１の波長特性を活用して、複数の波長を扱えるようにしても良い。この場合、隣接する光導波路を伝播する光のクロストークが抑えられるようになる。
また、光導波路内を伝播するモードはシングルモードでも、マルチモードでもよいことは言うまでもないことである。
【００６７】
【発明の効果】
この発明は、以上のように構成されているので、以下に記載されているような効果を奏する。
【００６８】
この発明によれば、光電変換素子が基板上にｎ行ｍ列のマトリクス状（但し、ｎ，ｍは２以上の整数）に配設されたアレイ型光電変換素子ユニットと、光軸を平行に、かつ、同一平面上に位置させて配列されたｎ本の光導波路が、その一端部を上記光電変換素子の列間の間隔分ずらしてｍ層に積層構成されたアレイ型光導波路ユニットと、上記アレイ型光導波路ユニットの各光導波路の一端部にそれぞれ設けられて該光導波路の光軸に対して所定の角度を有するミラーと、ｎ本の光結合用光導波路がその光軸を平行に、かつ、同一平面上に位置させて配列一体化されてなり、上記アレイ型光変換素子ユニットの光電変換素子の各列と対応する上記ミラーとの間に、該光結合用光導波路の光軸が上記光導波路の光軸と、該ミラー上で交差し、かつ、該ミラー上の該交差点における垂線に対して対称となり、さらに該光電変換素子の素子面の中心を通るように配設されているアレイ型光結合用光導波路ユニットとを備えたので、光結合用光導波路の反りの発生が抑えられるとともに、複数の光結合用光導波路をユニット単位で位置決めできるようになり、製造プロセスの簡略化を図り、低価格化を実現できるとともに、光結合効率の低下を抑えることができる光路変換デバイスが得られる。
【００６９】
また、上記アレイ型光結合用光導波路ユニットは、ｎ本の光ファイバが、その光軸を平行に、かつ、同一平面上に位置させて配列一体化されて構成されているので、光結合用光導波路内を伝播する光の損失が抑えられる。
【００７０】
また、上記アレイ型光結合用光導波路ユニットは、光軸を平行に、かつ、同一平面上に位置させて配列されたｎ本のコアがクラッドにより埋設一体化されて構成されているので、コア間を狭間隔化でき、高密度実装に対応することができる。
【００７２】
さらに、この発明に係る光路変換デバイスの製造方法は、第１のクラッド層を基板上に形成し、コア層を上記第１のクラッド層上に積層形成し、上記コア層をパターニングしてその長軸方向を平行に、かつ、同一平面上に位置させて配列された少なくとも２本の断面矩形のコアを形成し、ついで第２のクラッド層を被覆形成して、配列された上記少なくとも２本のコアを上記第１および第２のクラッド層により埋設一体化し、その後上記第１および第２のクラッド層により埋設一体化された上記少なくとも２本のコアを上記基板および上記第１および第２のクラッド層ごと所定長さに切断してアレイ型光結合用光導波路ユニットを作製する工程を有するので、コア間を狭間隔化でき、小型化を可能とする光路変換デバイスの製造方法が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１に係る光路変換デバイスを示す斜視図である。
【図２】 この発明の実施の形態１に係る光路変換デバイスの構成を模式的に示す縦断面図である。
【図３】 この発明の実施の形態１に係る光路変換デバイスの実装状態を説明する縦断面図である。
【図４】 この発明の実施の形態１に係る光路変換デバイスにおけるアレイ型光結合用光導波路ユニットの製造方法を説明する工程図である。
【図５】 この発明の実施の形態１に係る光路変換デバイスにおけるアレイ型光導波路ユニットの製造方法を説明する工程断面図である。
【図６】 この発明の実施の形態２に係る光路変換デバイスの構成を模式的に示す縦断面図である。
【図７】 この発明の実施の形態３に係る光路変換デバイスの構成を模式的に示す縦断面図である。
【図８】 この発明の実施の形態４に係る光路変換デバイスの構成を模式的に示す縦断面図である。
【図９】 この発明の実施の形態５に係る光路変換デバイスの構成を模式的に示す縦断面図である。
【図１０】 この発明の実施の形態６に係る光路変換デバイスの構成を模式的に示す縦断面図である。
【図１１】 この発明の実施の形態７に係る光路変換デバイスを示す斜視図である。
【図１２】 この発明の実施の形態７に係る光路変換デバイスにおけるアレイ型光結合用光導波路ユニットの製造方法を説明する工程図である。
【図１３】 この発明の実施の形態８に係る光路変換デバイスにおけるアレイ型光結合用光導波路ユニットの製造方法を説明する工程断面図である。
【図１４】 従来の光路変換デバイスの構成を説明する模式図である。
【符号の説明】
１０、１０Ａ アレイ型光電変換素子ユニット、１１ 光電変換素子、１１ａ受光素子、１１ｂ 発光素子、１２ 基板、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ、２０Ｅ、２０Ｆ、２０Ｇ アレイ型光導波路ユニット、２１ コア（光導波路）、３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄ、３０Ｅ、３０Ｆ、６０Ａ、６０Ｂ アレイ型光結合用光導波路ユニット、３１ コア（光結合用光導波路）、３２ クラッド、５０ 基板、５１ａ 第１のクラッド層、５１ｂ 第２のクラッド層、５２ コア、５３ コア層、７１ 光ファイバ、１００、１０１、１０２ 光路変換デバイス。
Claims (4)
- 光電変換素子が基板上にｎ行ｍ列のマトリクス状（但し、ｎ，ｍは２以上の整数）に配設されたアレイ型光電変換素子ユニットと、
光軸を平行に、かつ、同一平面上に位置させて配列されたｎ本の光導波路が、その一端部を上記光電変換素子の列間の間隔分ずらしてｍ層に積層構成されたアレイ型光導波路ユニットと、
上記アレイ型光導波路ユニットの各光導波路の一端部にそれぞれ設けられて該光導波路の光軸に対して所定の角度を有するミラーと、
ｎ本の光結合用光導波路がその光軸を平行に、かつ、同一平面上に位置させて配列一体化されてなり、上記アレイ型光変換素子ユニットの光電変換素子の各列と対応する上記ミラーとの間に、該光結合用光導波路の光軸が上記光導波路の光軸と、該ミラー上で交差し、かつ、該ミラー上の該交差点における垂線に対して対称となり、さらに該光電変換素子の素子面の中心を通るように配設されているアレイ型光結合用光導波路ユニットとを備えたことを特徴とする光路変換デバイス。 - 上記アレイ型光結合用光導波路ユニットは、ｎ本の光ファイバが、その光軸を平行に、かつ、同一平面上に位置させて配列一体化されて構成されていることを特徴とする請求項１記載の光路変換デバイス。
- 上記アレイ型光結合用光導波路ユニットは、光軸を平行に、かつ、同一平面上に位置させて配列されたｎ本のコアがクラッドにより埋設一体化されて構成されていることを特徴とする請求項１記載の光路変換デバイス。
- 第１のクラッド層を基板上に形成し、コア層を上記第１のクラッド層上に積層形成し、上記コア層をパターニングしてその長軸方向を平行に、かつ、同一平面上に位置させて配列された少なくとも２本の断面矩形のコアを形成し、ついで第２のクラッド層を被覆形成して、配列された上記少なくとも２本のコアを上記第１および第２のクラッド層により埋設一体化し、その後上記第１および第２のクラッド層により埋設一体化された上記少なくとも２本のコアを上記基板および上記第１および第２のクラッド層ごと所定長さに切断してアレイ型光結合用光導波路ユニットを作製する工程を有することを特徴とする光路変換デバイスの製造方法。
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