JP3920201B2 - サブキャリアおよびそれを用いた光モジュール - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、光素子を高密度で集積化し、かつ、光素子間の光信号および電気信号の漏れを抑制した光モジュールおよびそれを可能とするサブキャリアに関する。
【0002】
【従来の技術】
平面型光導波路と複数個の光半導体素子を集積した光モジュールにおいては、光導波路基板表面上に光半導体素子を搭載する方法と光導波路基板の端部に光半導体素子を搭載する方法とがある。
【0003】
光導波路基板表面上に光半導体素子を搭載する実装方法(非特許文献1参照)は、光導波路基板上に設けられた光導波路回路に対する光半導体素子の配置を自由に設定することが容易で、かつ、周知の表面実装技術の適用が可能であるという利点を有する反面、光半導体素子を多数搭載する場合には集積化した状態での高い歩留まりが必要とされるなどの問題がある。これに対して、光導波路基板の端部に光半導体素子を搭載する場合(例えば、非特許文献2参照)には、下記のような問題がある。
【0004】
図5は、光導波路基板端部に光半導体素子を搭載させた従来の光モジュールの構成を説明するための図で、光導波路コア52とクラッド53とを備える光導波路51の端面に、個々の光導波コア52に対応する複数の光半導体素子55を備えたサブキャリア54を設けることで光モジュールが構成されている。ここで、光半導体素子55は例えばフォトダイオード(PD)やレーザーダイオード(LD)であり、光導波路51の端面と光半導体素子55の発光面とが直接光結合する形態とされている。また、この例ではサブキャリア54として、予め電気配線を設けたセラミック基板を用い、光半導体素子55が固定されている。
【0005】
【非特許文献1】
T. Hashimoto et al., “Multichip optical hybrid integration technique with planar lightwave circuit platform” IEEE, J. Lightwave Technol., Vol.16, No.7 (1998)
【非特許文献2】
南野他、「MT−RJ面型PDアレイモジュールの構造」、2000年電子情報通信学会総合大会C−3−141
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、光半導体素子55は通常数百ミクロン角程度の大きさを有しており、光導波路51の集積間隔(数十ミクロン)に比較して大きいため、このような方法によっては十分な集積化を図ることが困難であるという問題があった。また、光集積回路の場合には、光の回折現象によって他のチャンネルへ光が漏れたり、高速動作のために電気信号漏れが発生し、光半導体素子を近接して配置すると光モジュールとしての特性が劣化してしまうという問題もあった。
【0007】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、光素子を高密度で集積化し、かつ、光素子間の光信号および電気信号の漏れを抑制した光モジュールおよびそれを可能とするサブキャリアを提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、光素子搭載用のサブキャリアであって、当該サブキャリアの一方の端面には、垂直面に対する傾斜角が互いに反対となる上側反射面と下側反射面とが、交互にかつ前記サブキャリアの上面と下面に搭載される複数の光素子にそれぞれ対応するように設けられており、前記上側反射面と下側反射面の水平方向の幅が、前記光素子の水平方向の幅より小さいことを特徴とする。
【0009】
また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のサブキャリアにおいて、前記上側反射面と下側反射面との間には、クロストーク防止用の仕切板が設けられていることを特徴とする。
【0010】
また、請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載のサブキャリアにおいて、前記サブキャリア内部には、前記一方の端面とは反対側の面から入射した信号光を前記上側反射面および下側反射面の各々に導波するための光導波路回路が内蔵されていることを特徴とする。
【0011】
また、請求項4に記載の発明は、請求項3に記載のサブキャリアにおいて、前記光導波路回路は、複数の光ファイバで構成されていることを特徴とする。
【0012】
また、請求項5に記載の発明は、請求項3または4に記載のサブキャリアにおいて、前記サブキャリアの下面には、前記光導波路回路を保護するための補強板が備えられていることを特徴とする。
【0013】
さらに、請求項6に記載の発明は、光モジュールであって、複数チャンネルの信号光を導波させる平面型光導波路と請求項1乃至5の何れかに記載のサブキャリアとがモジュール化されており、前記平面型光導波路を伝搬する各チャンネルの信号光が、前記複数チャンネルに対応して前記サブキャリアに設けられた光素子の各々と光結合するように、前記平面型光導波路と前記サブキャリアが配置されていることを特徴とする。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しつつ本発明の具体的な実施の形態について説明を行う。
【0015】
なお、以下の実施例では全て、光導波路はシリカ製であり、ステップインデックス型のコア構造を有するものとする。また、光導波路はシリコン基板上に形成されているものとして説明するが、光導波路の材質はシリカである必要はなく、例えばPMMAやシリコーンからなる有機材料、LiNbO3等の強誘電体、SiやInPなどの半導体をもちいた光導波路であってもよい。また、光導波路コアの構造はステップインデックス型でなくグレーテッドインデックス型のものであってもよい。さらに、光導波路基板はシリコンに限定されるものではない。
【0016】
(実施例1)
図1は、本発明の光モジュールの第1の構成例を説明するための図で、光導波路コア12とクラッド13とを備える平面型の光導波路11の端面に、複数の光半導体素子15を備えたサブキャリア(光素子搭載基台)14を設けることで光モジュールが構成され、光半導体素子15としてはPDを用い、これらのPDを、光導波路11に光結合させて8チャンネルのPDモジュールとした場合の一部を示したものである。
【0017】
本発明の光モジュールの光素子である光半導体素子15の固定には、図中に示されているような構造のサブキャリア14が用いられる。すなわち、このサブキャリア14の光導波路11側には、垂直面に対する傾斜角が互いに反対となるように上側反射面14aと下側反射面14bとが交互に設けられ、サブキャリア14の上下面には各反射面に対応する光半導体素子15が配置されている。サブキャリア14の各反射面の反射光軸とこの反射面に対応する光半導体素子15の受光面15aとを一致させ、光半導体素子15の電気パッド15bをサブキャリア14の上面および下面に半田で固定する。光導波路11に設けられた光導波路コア12から出射した光は各々の反射面で上側または下側に反射され、各反射面に対応して配置された光半導体素子15によって受光される。なお、図示はしないが、サブキャリア14には光半導体素子15駆動用の電気配線が設けられている。
【0018】
本実施例のサブキャリア14はセラミック製であり、各反射面はセラミック材料を型押形成して得られたものであり、その形成精度は50ミクロン程度である。サブキャリア14をセラミック製としたことにより、サブキャリア表面への無電界メッキによる金属膜形成が容易となり、本実施例の反射面自体も金メッキされて形成されて得られたものである。なお、このような反射面を電気配線として用いることも可能となる。
【0019】
本実施例に示した光モジュールのクロストークは、図5に示した従来の構成の光モジュールでは−25dBであったものが、−40dBにまで低減する。また、従来の光モジュール構成における4チャンネル相当のスペースに、8チャンネルのPDを集積化することが容易に可能となる。なお、このような光モジュール構成は面型発光素子にも適用可能である。また、サブキャリア材料はセラミックスに限定されるものではなく、より成形容易なプラスチックでもよい。さらに、図1には、PD動作用のアンプ用ICなどは記載されていないが、そのようなICなどを上述のサブキャリアに配置するようにしてもよいし、それらを別の基板上に設けてサブキャリアに備えられたPDと接続するようにしてもよい。ここで、PDはサブキャリアの上面と下面の両面に取付けられているので、両面実装のプリント基板との整合もよいことがわかる。また、本実施例においては傾斜した面に反射膜を設けて反射面とする構成としたが、反射膜の替わりに誘電体多層膜を設けてフィルタとして利用してもよい。
【0020】
また、光導波路11とサブキャリア14の各々の対向面に予め位置合わせ用のマークを設けておき、位置合わせを簡便ならしめるようにしてもよい。また、光半導体素子15相互間での光のアイソレーションが必要な場合には、図2に示すように、隣接する反射面との間に仕切板14cを設けることで、簡単に光漏れを抑制することができる。さらに、光モジュールを構成するに際しては、サブキャリア14内部に光導波路構造あるいは光ファイバを収容させるようにしてもよい。
【0021】
このように本発明の光モジュールにおいては、サブキャリア14の上面と下面の両面に光半導体素子15を配置可能とすることで高集積化を可能としている。
【0022】
(実施例2)
図3は、本発明の光モジュールの第2の構成例を説明するための図で、実施例1と同様に、光導波路コア12とクラッド13とを備える平面型の光導波路11の端面に複数の光半導体素子15を備えたサブキャリア14を設け、光半導体素子15と光導波路11とを光結合させた8チャンネルのPDモジュールとした場合の一部を示したものである。
【0023】
この光モジュールが実施例1と異なる点は、光半導体素子15を固定するサブキャリア14がガラス製であり信号光に対して透明とされ反射面(14aおよび14b)が光導波路11の光出射面側とは反対の面に設けられている点、および、光半導体素子15の固定に際しては電気配線の引き回し加工工程数を削減するために光半導体素子15として裏面入射型の面型PDを用いこの面型PDの表面の電極を直接ボンディングして他の回路に接続する構造を採用している点である。この光モジュールでは、光導波路コア12から出射された光は透明なサブキャリア14の内部を伝搬し、光導波路11の光出射面側とは反対の面に設けられた複数の反射面で光信号が振り分けられる。
【0024】
このような構成とすれば、互いに反対の傾斜角を有する反射面近傍に光導波路11を配置させる必要がなくなり、光導波路11とサブキャリア14の対向面同士を直接張り合わせてモジュール化することが可能となる。なお、光導波路11とサブキャリア14とを直接張り合わせる場合には、張り合わせ面を傾斜させて光の反射を抑制するようにしてもよい。
【0025】
また、サブキャリア内を光が伝搬する際の光信号の放射損失を抑制するためには、図4(a)に示すようにサブキャリア14内部に光ファイバ16を配置して光信号が光ファイバ16内を伝搬するようにしてもよい。このような光ファイバ内蔵のサブキャリア14は、一方のV状に加工したファイバガイド構造(ファイバブロック)に光ファイバを整列させ、このファイバブロックと他方のファイバブロックとで上下から挟んだもので、反射面はダイシングブレードで加工され、光導波路11との張り合わせ面は予め研磨されている。なお、図4(b)に示すように、サブキャリア14に光導波路17を内蔵させ、光導波路17を形成している誘電体膜を保護するための補強板18をサブキャリア14の下部に設ける構成としても同様の効果を得ることが可能である。
【0026】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、光半導体素子を互いに隔離することが可能となり、光および電気信号のクロストークを抑制することが可能となる。また、光半導体素子を配置する位置がサブキャリアの上下面の2面を使用することから光半導体素子の高密度な集積も可能となる。さらに、このサブキャリア中に光導波路構造を設けることにより、光結合を改善するとともに光信号の漏れを抑制することが可能となる。
【0027】
このように、本発明によれば、光素子を高密度で集積化し、かつ、光素子間の光信号および電気信号の漏れを抑制した光モジュールおよびそれを可能とするサブキャリアを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の光モジュールの第1の構成例を説明するための図である。
【図2】隣接する反射面との間に仕切りを設けたサブキャリアの構成例を説明するための図である。
【図3】本発明の光モジュールの第2の構成例を説明するための図である。
【図4】本発明の光モジュールが備えるサブキャリアの構成を説明するための図で、(a)は光ファイバ内蔵のサブキャリアの構成例、(b)は光導波路内蔵のサブキャリアの構成例である。
【図5】光導波路基板端部に光半導体素子を搭載させた従来の光モジュールの構成を説明するための図である。
【符号の説明】
11 光導波路
12 光導波路コア
13 クラッド
14 サブキャリア
14a 上側反射面
14b 下側反射面
14c 仕切板
15 光半導体素子
15a 受光面
15b 電気パッド
16 光ファイバ
17 光導波路
18 補強板
Claims (6)
- 光素子搭載用のサブキャリアであって、
当該サブキャリアの一方の端面には、垂直面に対する傾斜角が互いに反対となる上側反射面と下側反射面とが、交互にかつ前記サブキャリアの上面と下面に搭載される複数の光素子にそれぞれ対応するように設けられており、
前記上側反射面と下側反射面の水平方向の幅が、前記光素子の水平方向の幅より小さいことを特徴とするサブキャリア。 - 前記上側反射面と下側反射面との間には、クロストーク防止用の仕切板が設けられていることを特徴とする請求項1に記載のサブキャリア。
- 前記サブキャリア内部には、前記一方の端面とは反対側の面から入射した信号光を前記上側反射面および下側反射面の各々に導波するための光導波路回路が内蔵されていることを特徴とする請求項1または2に記載のサブキャリア。
- 前記光導波路回路は、複数の光ファイバで構成されていることを特徴とする請求項3に記載のサブキャリア。
- 前記サブキャリアの下面には、前記光導波路回路を保護するための補強板が備えられていることを特徴とする請求項3または4に記載のサブキャリア。
- 複数チャンネルの信号光を導波させる平面型光導波路と請求項1乃至5の何れかに記載のサブキャリアとがモジュール化されており、前記平面型光導波路を伝搬する各チャンネルの信号光が、前記複数チャンネルに対応して前記サブキャリアに設けられた光素子の各々と光結合するように、前記平面型光導波路と前記サブキャリアが配置されていることを特徴とする光モジュール。
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