JP4604204B2 - 光モジュール - Google Patents

Description

本発明は、光モジュールに関し、より詳細には、オフセット接続された平面光波回路基板を有する光モジュールに関する。

近年、インターネットを中心としたトラフィック量の増大により、波長分割多重を用いた大容量光通信システムの要求がますます高まっている。大容量光通信システムを実現する光通信用部品として、平面光波回路（ＰＬＣ）技術により作製され、複数の機能を備えた光機能素子を組み合わせた高機能光モジュールが期待を集めており、例えば、波長合分波器であるアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）と可変光減衰器（ＶＯＡ）アレイとモニタＰＤアレイを集積した可変光減衰器付き合分波器（Ｖ−ＡＷＧ）などが実現されている。これらの高機能光モジュールは、最近特に大容量光通信システムのメトロネットワークへの適用が開始されたことから、小型化、高密度化、高機能化が強く求められている。これらの要求に応えるべく、１つの基板上に複数の機能を有する光機能素子を集積化したシングルチップ集積型高機能光モジュールも開発されている。しかし、シングルチップ集積型高機能光モジュールは、１つの基板上に異なる機能を有する複数の光機能素子を集積化するため、製造工程が複雑になり、個々の光機能素子を最適な製造プロセスや導波路構造で作製できないといった問題があるため、光機能素子を複数のＰＬＣ基板上にそれぞれの最適な製造プロセスと導波路構造で形成し、それらを光結合するように接続した光モジュールが主に製造されている。

図２に、複数のＰＬＣチップの光導波路端面を突き合わせて光接続した光モジュールの構成例を示す。図２（ａ）が上面図、図２（ｂ）が側面図である。ＰＬＣチップ２とＰＬＣチップ３が、ＰＬＣチップ２の出力光導波路アレイ５ｂとＰＬＣチップ３の入力光導波路アレイ７ａとが光結合されるように接続されている。ＰＬＣチップ２の入力光導波路アレイ５ａが光ファイバアレイ４ａと光結合されるように接続され、ＰＬＣチップ３の出力光導波路７ｂが光ファイバ４ｂと光結合されるように接続されている。入力光導波路アレイ５ａと出力光導波路アレイ５ｂはＶＯＡアレイ６を介して接続され、入力光導波路アレイ７ａと出力光導波路７ｂはＡＷＧ８を介して接続されている。マウント１には凸部が形成され、ＰＬＣチップ２がマウント１の凸部に直接固定され、マウント１から浮いて配置されたＰＬＣチップ３がＰＬＣチップ２と接続されているＰＬＣ接続部とマウント１上に盛られた弾性接着剤９ａ、９ｂとによって保持されている。ＰＬＣチップ３とマウント１の間には、充填材１１が充填されている。

この方法では、ＰＬＣチップ間を光ファイバで接続しないため、ファイバ接続工程数が減少し、ファイバ部材も不要になるため低コスト化が可能となり、また、ファイバの取り回し等がなくなるため、小型化が可能となる。また、一方のＰＬＣチップ２がマウント１の凸部上に直接固定され、もう一方のＰＬＣチップ３がマウント１に浮かせた形で配置されていることにより、ＰＬＣチップ間の接続損失の安定性が改善されている。すなわち、マウントの熱変形やマウント外部から加えられた力などによって、ＰＬＣチップ同士の接続部に過度の負荷が掛かって２つのＰＬＣチップ上の導波路間に軸ずれが生じて損失が変動することが抑制される。さらに、浮かせたＰＬＣチップ３がマウント１上に盛られた弾性接着剤９ａ、９ｂで両端を保持されているため、振動・衝撃耐力が改善され、さらに、ＰＬＣチップ３とマウント１の間には、充填材１１が充填されて、より振動・衝撃耐力が改善されている。（特許文献１参照）。

特開２００６−２４３３９１号公報

しかしながら、この方法では、図２のように、接続する２つのＰＬＣチップの中心線が一致しない場合、ＰＬＣチップ２とＰＬＣチップ３の接続面の中央を通り、接続面と垂直な線であるＰＬＣ接続中心線１０に対して非対称な位置でＰＬＣチップ３が保持されることに起因して、ＰＬＣチップ間の接続損失変動が拡大するという問題があった。すなわち、ＰＬＣチップ３が弾性接着剤９ａ、９ｂによってマウント１に保持されるため、温度変化や吸湿などによって弾性接着剤９ａ、９ｂの体積が変化した場合に、ＰＬＣチップ２とＰＬＣチップ３の接続面に回転を伴ったねじれの力が加わり、光導波路間の軸ずれが大きくなるという問題があった。例えば、ＡＷＧはその形状的な特徴から、寸法が最小になるようにＰＬＣチップ上に配置した場合、入出力導波路がＰＬＣチップの中心線からみて片方に偏った位置に配置されるため、上記のような問題が本質的に発生する。ねじれを伴う力が接続部に加わると、ねじれを伴わない力が加わった場合に比べて接続面に生じるずれが大きくなるため、接続面に配置された光導波路間の軸ずれも大きくなって、接続損失の変動量が大きくなる。

この問題を解決方法の一例として、図３に示すように、ＰＬＣチップ３の寸法を拡大して、ＰＬＣチップ２とＰＬＣチップ３の中心線が一致するようにしてねじれを伴う力が接続面に加わらないようにする方法も考えられる。図３では、ＰＬＣチップ３のチップ寸法を若干拡大して入力光導波路アレイ７ａの位置がＰＬＣチップ３の中央になるように調整し、ＰＬＣチップ２とＰＬＣチップ３の中心線がＰＬＣ接続中心線１０に一致するように設計されている。それ以外については、図２に示す構成と同じである。しかし、この方法では、ＰＬＣチップ寸法を拡大しているため、同一ウェハ上に形成できる回路数が減少し、製造コストが増えるという問題が生じる。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、複数のＰＬＣチップが接続された光モジュールに関して、複数のＰＬＣチップが、接続面に対して垂直な方向のＰＬＣチップの中心線が一致しないように接続された場合でも、マウントに直接固定されたＰＬＣチップと弾性接着剤によってマウントに保持されたＰＬＣチップとの接続部に生じる回転ずれを抑制し、結合損失安定性を改善することのできる光モジュールを提供することにある。

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、凸部を有する台座と、前記凸部上に固定された少なくとも１つの固定平面光波回路基板と、少なくとも１つの前記固定平面光波回路基板と光結合するように接続され、前記台座と接触せずに浮いて配置された、少なくとも１つの非固定平面光波回路基板を備えた光モジュールであって、前記固定平面光波回路基板と前記非固定平面光波回路基板が、前記固定平面光波回路基板と前記非固定平面光波回路基板との接続面に対して垂直な方向の中心線が一致しないように接続され、かつ、前記非固定平面光波回路基板が、前記接続面の中心を通る前記接続面に垂直な線に対して対称な位置で、前記台座の上に盛られた柔軟な弾性接着剤によって保持されていることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光モジュールにおいて、少なくとも１つの前記非固定平面光波回路基板と前記台座の間に、流動性、あるいは、柔軟性を持つ充填材が充填されていることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の光モジュールにおいて、前記充填材が、前記充填材をなす母材よりも熱伝導率が高い物質が混合され、前記母材よりも熱伝導率を高めた材料からなることを特徴とする。

本発明によれば、複数のＰＬＣチップが接続された光モジュールに関して、複数のＰＬＣチップが、接続面に対して垂直な方向のＰＬＣチップの中心線が一致しないように接続された場合でも、マウントに直接固定されたＰＬＣチップと弾性接着剤によってマウントに保持されたＰＬＣチップとの接続部に生じる回転ずれを抑制し、結合損失安定性を改善することが可能になる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。

本実施形態では、それぞれＡＷＧとＶＯＡアレイが形成された２つのＰＬＣチップを接続して、可変光減衰器付き波長合波器を構成した例を示すが、回路構成や機能、チップ枚数などにおいて、この実施形態に限られるものではない。

図１に、本発明に係る弾性接着剤で固定されたＰＬＣチップを有する光モジュールの構成を示す。ＰＬＣチップ２はマウント１の凸部に直接固定され、入力光導波路アレイ５ａが光ファイバアレイ４ａと光接続され、出力光導波路アレイ５ｂがＰＬＣチップ３の入力光導波路アレイ７ａと光接続されている。また、ＰＬＣチップ３は、ＰＬＣチップ２と接続されているＰＬＣ接続部と弾性接着剤９ａ、９ｂとによって保持されおり、出力光導波路７ｂが光ファイバ４ｂと光接続されている。弾性接着剤９ａ、９ｂは、ＰＬＣ接続部の中心を通る、接続面に対して垂直な直線であるＰＬＣ接続中心線１０に対して対称に配置されている。入力光導波路アレイ５ａと出力光導波路アレイ５ｂはＶＯＡアレイ６を介して接続され、入力光導波路アレイ７ａと出力光導波路７ｂはＡＷＧ８を介して接続されている。本実施形態の構成は、弾性接着剤９ａ、９ｂの配置を除いて、図２に示した光モジュールと同様に、ＰＬＣチップ３のＰＬＣ接続部の中心がＰＬＣチップ３の中心線上にない構成になっている。尚、ＰＬＣ接続部の中心とは、ＰＬＣチップ２とＰＬＣチップ３との接している接続面の中心であり、接続面の中心とは各頂点から等距離にある接続面内の点である。

図２に示した従来の実装方法では、弾性接着剤９ａ、９ｂは、ＰＬＣチップ３の中心線に対して対称で、ＰＬＣ接続部中心線１０に対して非対称な位置に配置されていたが、本実施形態では、弾性接着剤９ａ、９ｂは、ＰＬＣチップ３の中心線に対称な位置ではなく、ＰＬＣ接続中心線１０に対して対称な位置に配置されている点で従来の実装方法と異なる。

図２に示した従来の実装方法では、弾性接着剤９ａ、９ｂが等しい変形を生じた場合、弾性接着剤９ａよりも弾性接着剤９ｂの方がＰＬＣ接続部までの距離が長いため、てこの原理によって、ＰＬＣ接続部の弾性接着剤９ａに近い側よりも、ＰＬＣ接続部の弾性接着剤９ｂに近い側により大きな力が作用する。ＰＬＣ接続部の弾性接着剤９ａに近い側と弾性接着剤９ｂに近い側に異なる力が作用するということは、ＰＬＣ接続部に回転を伴う力が加わることを意味する。回転を伴う力が加わることによって、回転を伴わない力が加わる場合に比べて、大きな軸ずれがＰＬＣ接続部に生じる。回転を伴う大きな軸ずれが発生すると、接続損失の増加量も増大し、かつ、損失の均一性も劣化する。

一方、本実施例の実装方法では、弾性接着剤９ａ、９ｂが、接続部中心線１０に対して対称な位置に配置されているため、弾性接着剤９ａ、９ｂが等しい変形を生じた場合に、ＰＬＣ接続部に回転を伴わない均等な力のみが加わる。ＰＬＣ接続部の全面に均等に力が加わり、全面で力を吸収するため、回転を伴う力が加わる場合に比べて、発生する軸ずれが小さくなる。軸ずれが小さいため、発生する接続損失も小さく、かつ、均一な軸ずれになるために損失の均一性がほとんど劣化しない。

さらに、ＰＬＣチップ３とマウント１の間に充填材１１を充填することにより、耐振動性、耐衝撃性の改善を図った。充填材１１として、柔軟性を持つ樹脂を母材とし、熱伝導率の高い金属粉末を混入したものを使用する。これにより、ＰＬＣチップ３の温度均一性が改善され、ＰＬＣチップ３上に形成されたＡＷＧ８の温度均一性が向上し、複数のアレイ導波路を伝搬する光に対する位相誤差を低く抑えたことによって、ＡＷＧの光学特性も改善する。

本発明の実施形態の光モジュールの構成を示す図である。（ａ）は上面図で、（ｂ）は側面図である。 第１の従来の光モジュールの構成を示す図である。（ａ）は上面図で、（ｂ）は側面図である。 第２の従来の光モジュールの構成を示す図である。（ａ）は上面図で、（ｂ）は側面図である。

符号の説明

１ マウント
２、３ ＰＬＣチップ
４ａ 光ファイバアレイ
４ｂ 光ファイバ
５ａ、７ａ 入力光導波路アレイ
５ｂ 出力光導波路アレイ
６ ＶＯＡアレイ
７ｂ 出力光導波路
８ ＡＷＧ（アレイ導波路回折格子）
９ａ、９ｂ 弾性接着剤
１０ ＰＬＣ接続中心線
１１ 充填材

Claims (3)

1. 凸部を有する台座と、前記凸部上に固定された少なくとも１つの固定平面光波回路基板と、少なくとも１つの前記固定平面光波回路基板と光結合するように接続され、前記台座と接触せずに浮いて配置された、少なくとも１つの非固定平面光波回路基板を備えた光モジュールであって、
   前記固定平面光波回路基板と前記非固定平面光波回路基板が、前記固定平面光波回路基板と前記非固定平面光波回路基板との接続面に対して垂直な方向の中心線が一致しないように接続され、かつ、前記非固定平面光波回路基板が、前記接続面の中心を通る前記接続面に垂直な線に対して対称な位置で、前記台座の上に盛られた柔軟な弾性接着剤によって保持されていることを特徴とする光モジュール。
2. 少なくとも１つの前記非固定平面光波回路基板と前記台座の間に、流動性を持つ充填材、あるいは、柔軟性を持つ充填材が充填されていることを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
3. 前記充填材が、前記充填材をなす母材よりも熱伝導率が高い物質が混合され、前記母材よりも熱伝導率が高い材料からなることを特徴とする請求項２に記載の光モジュール。

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