JP3900298B2 - 光素子と光ファイバとの結合構造、光素子と光ファイバとの結合方法、ならびに光モジュール - Google Patents
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光学面を含む光素子と、
光ファイバと、
前記光ファイバの端面および前記光学面に接合された結合部と、
を含む。
光学面を含む光素子と、
コアおよびクラッドを含む光ファイバと、
前記コアの端面および前記光学面に接合された結合部と、
を含む。
前記光素子と電気的に接続された半導体チップと、を含む。
光ファイバと、
入射面を含み、該入射面から放出した光を前記光ファイバの一方の端面に入射させる発光素子と、
前記発光素子と電気的に接続された半導体チップと、
出射面を含み、前記光ファイバの他方の端面から出射した光を該出射面から導入する受光素子と、
前記受光素子と電気的に接続された半導体チップと、を含み、
前記発光素子と前記光ファイバとの結合構造、ならびに前記受光素子と前記光ファイバとの結合構造のうち少なくとも一方が、前述した本発明の光素子と光ファイバとの結合構造からなる。
(a)光ファイバの端面および光素子の光学面のうち、少なくとも一方に対して液滴を吐出して、結合部前駆体を形成し、
(b)前記結合部前駆体を介して前記光ファイバの端面と前記光学面とを接合させた状態で、該結合体前駆体を硬化させて、結合部を形成すること、を含む。
(a)光ファイバのコアの端面および光素子の光学面のうち、少なくとも一方に対して液滴を吐出して、結合部前駆体を形成し、
(b)前記結合部前駆体を介して前記コアの端面と前記光学面とを接合させた状態で、該結合体前駆体を硬化させて、結合部を形成すること、を含む。
1.光素子と光ファイバとの結合構造
図1は、本発明を適用した第1の実施の形態に係る光素子と光ファイバとの結合構造を模式的に示す側面図である。図1には、光素子と光ファイバとの結合構造として、結合ユニット1000が示されている。
光素子100は、発光素子であっても受光素子であってもよい。光素子100としては、例えば、基板に対して垂直方向に光を発する発光素子、あるいは、基板に対して垂直方向からの光を導入する受光素子であることができる。光素子100が発光素子である場合、光学面180から出射した光を、結合部140を介して光ファイバ120に効率良く導入させることができる。あるいは、光素子100が受光素子である場合、光ファイバ120から放出された光を、結合部140を介して、光学面180から効率良く導入することができる。この光素子100としては、特に限定されるわけではないが、例えば、面発光型半導体レーザ、半導体発光ダイオード、EL装置、フォトダイオードのいずれかであることができる。
光ファイバ120は一般に、コア122およびクラッド124を含む。クラッド124はコア122を同心円状に囲んでいる。光ファイバ120では、コア122とクラッド124との境界で光が反射されて、コア122内に光が閉じ込められ、コア122内を光が伝搬する。また、クラッド124の周囲は、ジャケット(図示せず)によって保護することができる。
結合部140は、図1に示すように、光ファイバ120の端面120aと、光素子100の光学面180とに接合されている。
次に、図1に示す結合ユニット1000の製造方法について、図2および図3を参照して説明する。図2〜図4はそれぞれ、光素子100と光ファイバ150との結合方法の一工程を模式的に示す図である。
まず、光ファイバ120の端面120a上、ならびに光学面180上に結合部前駆体140aを形成する(図2および図3参照)。具体的には、光ファイバ120の端面120aおよび光素子100の光学面180のうち、少なくとも一方に対して、結合部140を形成するための液体材料の液滴140bを吐出して、結合部前駆体140aを形成する。前述したように、前記液体材料は、エネルギーを付加することによって硬化可能な性質を有する。
次いで、図4に示すように、結合部前駆体140aを硬化させて、結合部140を形成する。具体的には、結合部前駆体140aに対して、熱または光等のエネルギー113を付加する。
本実施の形態に係る光素子と光ファイバとの結合構造によれば、安価であり、かつ、光素子100と光ファイバ120との間の光の伝達を確実に行なうことが可能な結合構造(結合ユニット1000)を得ることができる。
1.光素子と光ファイバとの結合構造
図5は、本発明を適用した第2の実施の形態に係る光素子と光ファイバとの結合構造を模式的に示す側面図である。図5には、光素子と光ファイバとの結合構造として、結合ユニット2000が示されている。
次に、図5に示す結合ユニット2000の製造方法について、図6および図7説明する。なお、前述した第1の実施の形態の光素子100と光ファイバ120との結合方法と同様の工程については、原則として説明を省略する。
本実施の形態では、図6に示すように、光ファイバ120の端面120aのみに結合部前駆体840aを形成する場合について示す。なお、結合部前駆体840aの形成方法は、第1の実施の形態で示した結合部前駆体140x,140yと同様である。すなわち、光ファイバ120の端面120aに対して液滴140b(図2参照)を吐出することにより、端面120a上に結合部前駆体840aを形成する(図6参照)。
結合部840(図5参照)の形成方法は、第1の実施の形態で示した方法と同様である。また、結合部840は、第1の実施の形態において示した結合部140と同様の材質からなることができる。
本実施の形態では、光ファイバ120の端面120aにのみ結合部先駆体840aを形成する工程を経て、結合部840を形成する場合について説明したが、あるいは、図示しないが、光学面180のみに結合部先駆体を形成した後、結合部を形成してもよい。この場合、前記結合部前駆体を端面120aに接触させる際に、前記結合部前駆体が、少なくとも端面120aのうちコアの端面に接触するようにする。
本実施の形態の光素子と光ファイバとの結合構造および結合方法によれば、第1の実施の形態の結合構造および結合方法と同様の作用効果を有する。
1.光素子と光ファイバとの結合構造
図8は、本発明を適用した第3の実施の形態に係る光素子と光ファイバとの結合構造を模式的に示す側面図である。図8には、光素子と光ファイバとの結合構造として、結合ユニット3000が示されている。
光ファイバ220は、コア222およびクラッド224を含む。本実施の形態においては、図8に示す光ファイバ220の端部において、コア222がクラッド224で覆われていない場合を示す。すなわち、図8に示す光ファイバ220の端部において、コア222の端面222aはクラッド224の端面224aより突出しており、コア222とクラッド224とで凸部260が構成されている。
結合部240は、図8に示すように、光ファイバ220のコア222の端面222a上に設けられている。結合部240は、第1の実施の形態にて示された結合部140と同様の材質からなることができる。
次に、図8に示す光素子と光ファイバとの結合方法について、図9〜図11を参照して説明する。なお、前述した第1の実施の形態の光素子と光ファイバとの結合方法と同様の工程については、原則として説明を省略する。
まず、コア222の端面222aを、クラッド224の端面224aより突出させる工程について説明する。コア222の端面222aを、クラッド224の端面224aより突出させるためには、具体的には、下記の(1)および(2)に示す方法が例示できる。
まず、ウエットエッチングによって、コア222の端面222aを、クラッド224の端面224aより突出させる工程について、図9を参照して説明する。ここでは、光ファイバ220が石英系光ファイバからなる場合について説明する。
次に、光硬化によってコア222を伸長させる工程について、図10を参照して説明する。この方法では、光ファイバ220のコア222の端面に光硬化型樹脂を伸長させることにより、コア222の端面222aをクラッド224の端面224aよりも突出させる。ここで、光ファイバ220の材質は、光硬化型樹脂との密着性が確保できるかぎり、特に限定されない。
次いで、光ファイバ220のコア222の端面222a上に、結合部240を形成する。本実施の形態においては、コア222の端面222a上に結合部240が形成される点を除いて、第1の実施の形態において結合部140を形成する方法と同様である。また、結合部240の材質は、第1の実施の形態で示した結合部140と同様の材質を用いることができる。
本実施の形態の光素子と光ファイバとの結合構造および結合方法によれば、第1の実施の形態の結合構造および結合方法と同様の作用効果を有する。
次に、本実施の形態の光素子と光ファイバとの結合構造の他の変形例について説明する。
図12は、本実施の形態の一変形例たる光素子と光ファイバとの結合構造を模式的に示す図である。図13は、図12に示す一変形例たる光素子と光ファイバとの結合方法を模式的に示す図である。図12には、光素子と光ファイバとの結合構造として、結合ユニット3200が示されている。
図14は、本実施の形態の一変形例たる光素子と光ファイバとの結合構造を模式的に示す図である。図14には、光素子と光ファイバとの結合構造として、結合ユニット3300が示されている。
1.光素子と光ファイバとの結合構造
図15は、本発明を適用した第4の実施の形態に係る光素子と光ファイバとの結合構造を模式的に示す側面図である。図15には、光素子と光ファイバとの結合構造として、結合ユニット4000が示されている。
光ファイバ320は、コア322およびクラッド324を含む。本実施の形態においては、前述したように、光ファイバ320の端部において、クラッド324はコア322を覆っていない場合を示している。すなわち、図15に示すように、光ファイバ320の端部において、クラッド324の端面324aはコア322の端面322aより突出しており、コア322とクラッド324とで凹部360が構成されている。
結合部340は、図15に示すように、光ファイバ320のコア322の端面322a上に設けられている。この結合部340は、第3の実施の形態において示した結合部240(図8参照)と同様の材質からなることができる。
図15に示す光素子と光ファイバとの結合方法について、図16を参照して説明する。なお、前述した第3の実施の形態の光素子と光ファイバとの結合方法と同様の工程については、原則として説明を省略する。
本実施の形態において、光ファイバ320のコア322およびクラッド324の端面は、第3の実施の形態の欄で説明した方法のうち、ウエットエッチングを用いる方法にて加工することができる。具体的には、ウエットエッチングにおいて、エッチャントを構成する各成分の種類や濃度を調整することによって、コア322が選択的に除去できる条件にてエッチングを行なう。
次いで、光ファイバ320のコア322の端面322a上に結合部前駆体340aを形成する。本実施の形態において、結合部340を形成する方法は、第3の実施の形態において結合部240を形成する方法と同様である。また、結合部前駆体340aの材質は、第1の実施の形態で示した結合部前駆体140a(図4参照)と同様の材質を用いることができる。
本実施の形態の光素子と光ファイバとの結合構造および結合方法によれば、第1の実施の形態の結合構造および結合方法と同様の作用効果を有する。
図18は、本発明を適用した第5の実施の形態の光モジュール5000を模式的に示す図である。この光モジュール5000は、光素子10と、半導体チップ20と、第3の実施の形態の光ファイバ220(図8参照)とを含む。
光素子10は、発光素子であっても受光素子であってもよい。発光素子の一例として面発光素子、特に面発光レーザを適用することができる。面発光レーザなどの面発光素子は、基板に対して垂直方向に光を発する。光素子10は、光学的部分12を有する。光素子10が発光素子であるときは、光学的部分12は発光部であり、光素子10が受光素子であるときは、光学的部分12は受光部である。また、光学的部分12には光学面12aが設けられている。
本実施の形態の光モジュール5000によれば、光素子10と光ファイバ220とが、結合部240を介して接合されていることにより、光ファイバと光素子との間に別途レンズが設けられた一般的な光モジュールと比較して、装置の簡素化、小型化および低コスト化を図ることができる。
図19は、本発明を適用した実施の形態の光伝達装置を示す図である。光伝送装置90は、コンピュータ、ディスプレイ、記憶装置、プリンタ等の電子機器92を相互に接続するものである。電子機器92は、情報通信機器であってもよい。光伝送装置90は、ケーブル94の両端にプラグ96が設けられたものであってもよい。ケーブル94は、その一端または両端に、第1の実施の形態の光素子100と光ファイバ120との結合構造(結合ユニット1000,図1参照)を含むことができる。プラグ96は、半導体チップ20を内蔵する。光ファイバ120と、光素子100または半導体チップ20との取り付け状態は、上述した通りである。なお、第1の実施の形態の光素子100と光ファイバ120との結合構造のかわりに、前述した変形例または他の実施形態の結合構造を用いてもよい。
図20は、本発明を適用した実施の形態の光伝達装置の使用形態を示す図である。光伝送装置90は、電子機器80間を接続する。電子機器80として、液晶表示モニターまたはディジタル対応のCRT(金融、通信販売、医療、教育の分野で使用されることがある。)、液晶プロジェクタ、プラズマディスプレイパネル(PDP)、ディジタルTV、小売店のレジ(POS(Point of Sale Scanning)用)、ビデオ、チューナ、ゲーム装置、プリンタ等が挙げられる。
Claims (5)
- (a)光素子の光学面に対して液滴を吐出して、コアおよびクラッドを含み、かつ、端部において該コアと該クラッドとで凸部が構成される光ファイバの該コアの端面の直径よりも大きな最大径を有する結合部前駆体を該光学面上に形成し、
(b)前記結合部前駆体を介して前記コアの端面のみを前記光学面に接合させた状態で、該結合体前駆体を硬化させて、該コアの端面の直径よりも大きな最大径を有する結合部を形成すること、を含み、
前記光素子は柱状部を含み、該柱状部の上面に前記光学面を有し、
前記結合部は、前記光学面および前記コアと接合し、前記光ファイバとは該コアのみで接合する、光素子と光ファイバとの結合方法。 - 請求項1において、
前記(b)において、前記コアの端面の少なくとも一部を、前記光学面に対向させた状態で、前記結合部前駆体を介して前記コアの端面と前記光学面とを接合させること、を含む、光素子と光ファイバとの結合方法。 - 請求項1または2において、
前記液滴の吐出は、インクジェット法により行なわれる、光素子と光ファイバとの結合方法。 - 請求項1ないし3のいずれかにおいて、
前記結合部前駆体の硬化は、エネルギーの付加により行なわれる、光素子と光ファイバとの結合方法。 - 請求項1ないし4のいずれかにおいて、
前記光素子は、面発光型半導体レーザ、半導体発光ダイオード、EL装置、フォトダイオードのいずれかである、光素子と光ファイバとの結合方法。
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