JP4728857B2 - Optical coupler - Google Patents
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Description
本発明は、基板と光伝送路とを備えた光伝送路付基板に光素子を光結合させるための光結合器に関するものである。 The present invention relates to an optical coupler for optically coupling an optical element to a substrate with an optical transmission path including a substrate and an optical transmission path.
情報通信社会の発展に伴い、通信機器に対しても高速・大容量化といった高度な処理能力が求められている。このようなニーズに対応して、通信機器内部における信号伝送速度も高速化を図ることが重要となってきており、従来の電気信号による伝送ではさらに高速化を図ることが困難になってきている。そこで、近年は電気信号に代えて光信号を用いて高速伝送を実現する検討が進められている。
光信号を用いた光伝送システムでは、発光素子及び受光素子等の光素子に加えて、光伝送路が必ず必要であり、各光素子を光伝送路に光結合して用いている。光信号は、光強度の高低で形成されていることから、光伝送システムでは光強度を確保することが不可欠となる。
With the development of the information and communication society, communication devices are required to have advanced processing capabilities such as high speed and large capacity. In response to such needs, it has become important to increase the signal transmission speed inside communication equipment, and it has become difficult to further increase the speed of transmission using conventional electrical signals. . Therefore, in recent years, studies for realizing high-speed transmission using an optical signal instead of an electrical signal have been advanced.
In an optical transmission system using an optical signal, an optical transmission path is indispensable in addition to optical elements such as a light emitting element and a light receiving element, and each optical element is optically coupled to the optical transmission path. Since the optical signal is formed with high and low light intensity, it is indispensable to secure the light intensity in the optical transmission system.
しかし、光素子を実装するには電気回路基板が必ず必要となることから、光素子を光伝送路に光結合させた構造では、前記光素子と前記光伝送路との間に前記電気回路基板が設けられるため、前記光素子と前記光伝送路とが離れた構造となっている。また、光素子実装にはワイヤーボンディングが一般的であるが、ワイヤーボンディングで実装した場合には、ボンディングのループにより前記光素子と前記電気回路基板は離れる構造となる。その結果、前記光素子と前記光伝送路との間で十分な光強度が確保できなくなってしまうといった問題があった。 However, since an electric circuit board is necessarily required to mount the optical element, in the structure in which the optical element is optically coupled to the optical transmission line, the electric circuit board is provided between the optical element and the optical transmission line. Therefore, the optical element and the optical transmission line are separated from each other. In addition, wire bonding is generally used for mounting an optical element. However, when mounting by wire bonding, the optical element and the electric circuit board are separated by a bonding loop. As a result, there is a problem that sufficient light intensity cannot be secured between the optical element and the optical transmission line.
上記構造の光伝送システムにおいて十分な光強度を確保するには、各光素子と光伝送路との間を高い光結合効率で光結合する手段が必要となる。高い光結合効率を実現する光結合手段として、
(1)光素子と光伝送路との間に光を集光するためのレンズを設置するレンズ型
(2)光素子と光伝送路との間に光を伝播させるための光導波構造を形成する光伝送路型
の2種類が従来から知られている。
従来のレンズ型の光結合手段の代表例を図12に示す(特許文献1〜3)。同図では、発光素子101と光伝送路102とをマイクロレンズ103,104を用いて光結合させる手段を示しており、発光素子101側と光伝送路102側に、それぞれマイクロレンズ103,104を設けている。図10では、発光素子101を用いた例を示しているが、受光素子であっても同様の光結合手段を用いることができる。
In order to ensure sufficient light intensity in the optical transmission system having the above structure, means for optically coupling between each optical element and the optical transmission path with high optical coupling efficiency is required. As an optical coupling means that realizes high optical coupling efficiency,
(1) Lens type in which a lens for condensing light is installed between the optical element and the optical transmission path. (2) An optical waveguide structure for propagating light is formed between the optical element and the optical transmission path. Conventionally, two types of optical transmission line types are known.
A typical example of a conventional lens-type optical coupling means is shown in FIGS. In the figure, means for optically coupling the
図12に示す従来のレンズ型の光結合手段の例では、二つのマイクロレンズ103,104の間を平行光とするために、それぞれ異なる特性を有するマイクロレンズが用いられている。
In the example of the conventional lens-type optical coupling means shown in FIG. 12, microlenses having different characteristics are used to make parallel light between the two
従来の伝送路型の光結合手段の別の例を図13に示す(特許文献4)。図13では、発光素子101と光伝送路102とを光ピン121を用いて光結合させる手段を示している。なお、ここでも発光素子を用いた例を示しているが、受光素子であっても同様の光結合手段を用いることができる。
光ピン121は、ファイバを加工して形成したものであり、光ピン121は光伝送路102の端面105に装着されている。光ピン121の光軸は、発光素子101の光軸と一致しており、光伝送路102の光軸とは垂直になる方向となっている。本従来例では、発光素子101と光ピン121の間、光ピン121と光伝送路102の間、の2箇所で光結合させている。
Another example of a conventional transmission line type optical coupling means is shown in FIG. 13 (Patent Document 4). FIG. 13 shows a means for optically coupling the
The
従来の伝送路型の光結合構造のさらに別の例を図14に示す(特許文献5)。同図では、発光素子101と光伝送路102とを導波用シート131を用いて光結合させる手段を示している。なお、ここでも発光素子を用いた例を示しているが、受光素子であっても同様の光結合手段を用いることができる。
FIG. 14 shows still another example of a conventional transmission line type optical coupling structure (Patent Document 5). In the drawing, means for optically coupling the
導波用シート131は、シート基材の厚さ方向に導波132を形成したものであり、発光素子101と光伝送路102との間に設けて両者の光結合を実現している。本従来例でも、発光素子101と導波用シート131の間、導波用シート131と光伝送路102の間、の2箇所で光結合させている。
しかしながら、上記従来の光結合手段では、以下のような問題があった。従来のレンズ型の光結合手段では、高い結合効率が実現できるといった利点があるものの、2つのレンズや光素子を高い精度で実装しなければならないといった問題があった。
また、光素子と光伝送路の間を樹脂埋めして用いる場合には、光結合に用いるレンズとしてよりレンズ効果の大きいものを選択する必要があるが、このようなレンズは材料の選択性に乏しく、曲率半径が非常に小さく高精度に加工されたものが必要となってコスト高になってしまうといった問題があった。
However, the conventional optical coupling means has the following problems. Although the conventional lens-type optical coupling means has an advantage that high coupling efficiency can be realized, there is a problem that two lenses and optical elements must be mounted with high accuracy.
In addition, when the resin is used between the optical element and the optical transmission line, it is necessary to select a lens having a greater lens effect as a lens used for optical coupling. However, there is a problem that the cost is high because a material with a very small radius of curvature and processed with high accuracy is required.
光素子と光伝送路の間を樹脂埋めしない場合には、必要なレンズ効果が得られるレンズ材料の選択幅は広がるものの、光素子と光伝送路との間で光信号が空気中を伝播することになるため、光信号が減衰、劣化してしまうといった問題があった。 If the resin between the optical element and the optical transmission path is not filled with resin, the range of lens materials that can provide the required lens effect is widened, but the optical signal propagates in the air between the optical element and the optical transmission path. Therefore, there is a problem that the optical signal is attenuated and deteriorated.
一方、従来の伝送路型の光結合手段では、上記従来のレンズ型の光結合手段よりも単純な構造とすることができるものの、光結合効率の面では低下してしまうのが一般的である。光結合に用いる光結合用導波構造は、その光軸が光素子の光軸および光伝送路の光軸とそれぞれ一致するよう装着させる必要があるため、高い実装位置精度が求められる。
さらに、光素子と光結合用導波構造との距離が大きくなってしまうと、光結合効果が低下してしまうため、両者をできるだけ接近させた構造とする必要がある。しかしながら、光素子と前記光結合用導波構造とを近接させ、かつ実装位置の制御も容易な構造とするのは難しい。
On the other hand, the conventional transmission line type optical coupling means can have a simpler structure than the conventional lens type optical coupling means, but it is generally reduced in terms of optical coupling efficiency. . Since the optical coupling waveguide structure used for optical coupling needs to be mounted so that the optical axis thereof matches the optical axis of the optical element and the optical axis of the optical transmission path, high mounting position accuracy is required.
Furthermore, if the distance between the optical element and the optical coupling waveguide structure is increased, the optical coupling effect is reduced, and therefore it is necessary to make the two as close as possible. However, it is difficult to make an optical element and the optical coupling waveguide structure close to each other and to easily control the mounting position.
図12の光ピン121を用いる従来例、及び図13の導波用シート131を用いる従来例では、それぞれとも光結合が2箇所必要となり、装着にはともに高精度な位置合せが要求されていた。さらにワイヤーボンディングの場合は、ボンディングループを確保する必要があることから、光素子の近接位置に実装することも困難であった。
そこで、本発明はこれらの問題を解決するためになされたものであり、光素子と光伝送路との光学的な結合が容易で、高い結合効率を実現する光結合器を提供することを目的とする。
In the conventional example using the
Accordingly, the present invention has been made to solve these problems, and an object thereof is to provide an optical coupler that facilitates optical coupling between an optical element and an optical transmission path and realizes high coupling efficiency. And
この発明の光結合器の第1の態様は、基板と光軸を直交する方向に変える端面を有する光伝送路とを備えた光伝送路付基板に光素子を光結合させるための光結合器であって、前記光伝送路の光軸と直交する光軸を有する第1の光結合用導波構造と第2の光結合用導波構造とを備え前記第1の光結合用導波構造の一部または全部が前記光素子に装着され、前記第2の光結合用導波構造の一部または全部が前記端面と所定の距離だけ離れて対向する前記光伝送路付基板上の位置に装着されていることを特徴とする光結合器である。 According to a first aspect of the present invention, there is provided an optical coupler for optically coupling an optical element to a substrate with an optical transmission path comprising a substrate and an optical transmission path having an end face that changes the optical axis in a direction orthogonal to the substrate. The first optical coupling waveguide structure comprising: a first optical coupling waveguide structure having an optical axis orthogonal to the optical axis of the optical transmission line; and a second optical coupling waveguide structure. Is attached to the optical element, and a part or all of the second optical coupling waveguide structure is located at a position on the substrate with the optical transmission path facing the end face by a predetermined distance. The optical coupler is mounted.
第2の態様は、前記第1 の光結合用導波構造及び前記第2 の光結合用導波構造は、クラッドのみがそれぞれ前記光素子及び前記光伝送路付基板に装着されており、前記第1 の光結合用導波構造及び前記第2 の光結合用導波構造のコアは一体に形成されていることを特徴とする光結合器である。 In the second aspect , only the cladding of the first optical coupling waveguide structure and the second optical coupling waveguide structure is attached to the optical element and the substrate with an optical transmission path, respectively. The first optical coupling waveguide structure and the core of the second optical coupling waveguide structure are formed integrally with each other.
第3の態様は、光出力側の前記第1 の光結合用導波構造または前記第2の光結合用導波構造のコア径が、光入力側の前記第2 の光結合用導波構造または前記第1 の光結合用導波構造のコア径よりも小さいことを特徴とする光結合器である。 In a third aspect , the core diameter of the first optical coupling waveguide structure on the light output side or the second optical coupling waveguide structure on the light output side is the second optical coupling waveguide structure on the light input side. Alternatively, the optical coupler is smaller than the core diameter of the first optical coupling waveguide structure.
第4の態様は、光出力側の前記第1 の光結合用導波構造または前記第2の光結合用導波構造のコア径が、光入力側の前記第2 の光結合用導波構造または前記第1 の光結合用導波構造のコア径よりも大きいことを特徴とする光結合器である。 In a fourth aspect , the core diameter of the first optical coupling waveguide structure on the optical output side or the second optical coupling waveguide structure on the optical output side is the second optical coupling waveguide structure on the optical input side. Or it is larger than the core diameter of the said 1st waveguide structure for optical couplings, It is an optical coupler characterized by the above-mentioned.
第5の態様は、光出力側の前記第1 の光結合用導波構造または前記第2の光結合用導波構造の入力端がレンズ形状を有していることを特徴とする光結合器である。 According to a fifth aspect of the present invention, in the optical coupler, the input end of the first optical coupling waveguide structure or the second optical coupling waveguide structure on the optical output side has a lens shape. It is.
第6の態様は、光入力側の前記第1 の光結合用導波構造または前記第2の光結合用導波構造の出力端がレンズ形状を有していることを特徴とする光結合器である。 According to a sixth aspect of the present invention, in the optical coupler, the output end of the first optical coupling waveguide structure or the second optical coupling waveguide structure on the optical input side has a lens shape. It is.
以上説明したように本発明によれば、光素子と光伝送路付基板のそれぞれに第1の光結合用導波構造と第2の光結合用導波構造を事前に装着させておくことにより、光結合時には前記第1の光結合用導波構造1と前記第2の光結合用導波構造2との位置決めのみを行えばよく、精度の高い位置決めを容易に実現することが可能となる。
As described above, according to the present invention, the first optical coupling waveguide structure and the second optical coupling waveguide structure are mounted in advance on the optical element and the substrate with the optical transmission path, respectively. In the optical coupling, it is only necessary to position the first optical
また、前記第1の光結合用導波構造と前記第2の光結合用導波構造とはそれぞれ前記光素子と前記光伝送路付基板に個別に事前に装着されることから、位置精度が高く、それぞれの導波構造の長さの調整もワイヤーボンディングに制限されることなく容易に行うことが可能となる。そのため、前記第1の光結合用導波構造と前記第2の光結合用導波構造のそれぞれの端部が光結合時にそれぞれ前記光素子と前記光伝送路に接近するような長さに調整することで、高い結合効率が得られるようにすることができる。 In addition, since the first optical coupling waveguide structure and the second optical coupling waveguide structure are separately mounted in advance on the optical element and the substrate with the optical transmission path, respectively, positional accuracy is improved. Therefore, the length of each waveguide structure can be easily adjusted without being limited to wire bonding. Therefore, the length is adjusted so that the end portions of the first optical coupling waveguide structure and the second optical coupling waveguide structure approach the optical element and the optical transmission line, respectively, at the time of optical coupling. By doing so, high coupling efficiency can be obtained.
また、前記第1及び第2の光結合用導波構造がそれぞれ前記光素子と前記光伝送路付基板に個別に装着されていることは、例えばウエハの状態や基板切り出し前の状態において一括して形成することができる。さらに導波構造形成後は前記光素子と前記伝送路付基板の実装のみで光伝送システムを実現できるため、通常の電子部品実装と同じプロセスとなることもあり、量産性に優れているという効果がある。 In addition, the fact that the first and second optical coupling waveguide structures are individually mounted on the optical element and the substrate with the optical transmission path, for example, in a batch state in a wafer state or a state before the substrate is cut out. Can be formed. Furthermore, after the waveguide structure is formed, an optical transmission system can be realized only by mounting the optical element and the substrate with the transmission path, so that the process may be the same as that for mounting an ordinary electronic component, which is excellent in mass productivity. There is.
さらに、前記第1の光結合用導波構造と前記第2の光結合用導波構造とからなる本発明の光結合器に用いる材料としては、従来から導波構造に用いられているものと同様のものを用いることができ、材料の選択性にも優れているといった効果がある。
前記第1及び第2の光結合用導波構造に対して、光出力側の光結合用導波構造のコア径を光入力側の光結合用導波構造のコア径よりも小さくした場合には、高精度な位置決めを行うことなく高い結合効率を実現することができる。
Furthermore, as a material used for the optical coupler of the present invention comprising the first optical coupling waveguide structure and the second optical coupling waveguide structure, the materials conventionally used for the waveguide structure are Similar materials can be used, and the material selectivity is excellent.
When the core diameter of the optical coupling waveguide structure on the light output side is smaller than the core diameter of the optical coupling waveguide structure on the light input side with respect to the first and second optical coupling waveguide structures Can achieve high coupling efficiency without performing highly accurate positioning.
また、逆に光入力側の光結合用導波構造のコア径を光出力側の光結合用導波構造のコア径よりも小さくした場合には、高周波成分を除去して必要なモード光だけに絞って光入力側に取り込むようにすることができ、高品質の光伝播を実現することができる。 Conversely, if the core diameter of the optical coupling waveguide structure on the optical input side is made smaller than the core diameter of the optical coupling waveguide structure on the optical output side, only the necessary mode light is removed by removing high frequency components. It is possible to focus on the light input side and realize high-quality light propagation.
さらに、前記第1の光結合用導波構造と前記第2の光結合用導波構造の端部をそれぞれレンズ形状に形成することにより、前記各端部でレンズ効果を実現することができ、結合効率を高めることができる。 Furthermore, by forming the end portions of the first optical coupling waveguide structure and the second optical coupling waveguide structure in a lens shape, a lens effect can be realized at each of the end portions, The coupling efficiency can be increased.
図面を参照して本発明の好ましい実施の形態における光結合器の構成について詳細に説明する。なお、同一機能を有する各構成部については、図示及び説明簡略化のため、同一符号を付して示す。 The configuration of the optical coupler in a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, about each structural part which has the same function, the same code | symbol is attached | subjected and shown for simplification of illustration and description.
本発明の光結合器は、基板と光伝送路とを備えた光伝送路付基板に光素子を光結合させるための光結合器であって、前記光伝送路の光軸と直交する光軸を有する光結合用導波構造が、少なくとも前記光素子に装着されていることを特徴としている。
本発明の光結合器の第1の実施の形態を、図1を用いて以下に説明する。本実施形態の光結合器は、光素子側に形成される第1の光結合用導波構造と光伝送路付基板側に形成される第2の光結合用導波構造とから構成される。前記第1の光結合用導波構造と前記第2の光結合用導波構造とを結合することによって、前記光素子と前記光伝送路とを光学的に結合させるものである。
An optical coupler according to the present invention is an optical coupler for optically coupling an optical element to a substrate with an optical transmission path including a substrate and an optical transmission path, and an optical axis orthogonal to the optical axis of the optical transmission path. A waveguide structure for optical coupling having the above is mounted on at least the optical element.
A first embodiment of the optical coupler of the present invention will be described below with reference to FIG. The optical coupler of the present embodiment includes a first optical coupling waveguide structure formed on the optical element side and a second optical coupling waveguide structure formed on the substrate side with an optical transmission path. . The optical element and the optical transmission path are optically coupled by coupling the first optical coupling waveguide structure and the second optical coupling waveguide structure.
図1は、発光素子11と光伝送路付基板12に備えられた光伝送路13とを光結合させる実施例を示しており、(a)は発光素子11を光伝送路付基板12に実装する前の状態を、(b)は実装した後の状態を、それぞれ示している。本実施例では、発光素子11を光伝送路付基板12に実装する例を示しているが、受光素子等の他の光素子を実装する場合であっても同様である。
FIG. 1 shows an embodiment in which a
発光素子11と光伝送路13とは、図1(b)に示すように、それぞれの光軸が直交するように光結合される。すなわち、発光素子11の光軸は図面上垂直方向としており、光伝送路13の光軸は図面上水平方向としている。そして、発光素子の光軸方向の光は、光伝送路13の端面14で水平方向に向きを変えられて光伝送路13を伝播する。
発光素子11及び光伝送路付基板12には、それぞれ第1の光結合用導波構造1及び第2の光結合用導波構造2が形成されており、本実施形態の光結合器10は、第1の光結合用導波構造1と第2の光結合用導波構造2とから構成されている。
As shown in FIG. 1B, the
A first optical
第1の光結合用導波構造1と第2の光結合用導波構造2は、図1(a)に示す発光素子11と光伝送路13とが光結合される前に、それぞれ発光素子11と光伝送路付基板12に事前に装着されている。すなわち、第1の光結合用導波構造1は発光素子11に個別に装着されており、第2の光結合用導波構造2も光伝送路付基板12に個別に装着されている。
The first optical
上記の通り、第1の光結合用導波構造1と第2の光結合用導波構造2とを、それぞれ個別に発光素子11と光伝送路付基板12に装着することから、発光素子11と第1の光結合用導波構造1との位置決め、及び光伝送路13と第2の光結合用導波構造2との位置決めが、ともに高精度でかつ容易に行うことが可能となる。
As described above, since the first optical
発光素子11と光伝送路付基板12にそれぞれ事前に装着された第1の光結合用導波構造1と第2の光結合用導波構造2とを、図1(b)に示すように結合することにより、発光素子11と光伝送路13とが光学的に結合される。この結合では、第1の光結合用導波構造1と第2の光結合用導波構造2の位置決めだけでよく、高精度でかつ容易に該位置決めを行うことができる。
As shown in FIG. 1B, the first optical
図1(b)に示すように、第1の光結合用導波構造1と第2の光結合用導波構造2との結合部分は、封止樹脂15で覆うようにしている。封止樹脂15として、各光結合用導波構造のコア1a、2aと同程度の屈折率を有する樹脂を用いるのがよい。これにより、第1の光結合用導波構造1と第2の光結合用導波構造2との結合面における結合効率の低下を回避することができる。
As shown in FIG. 1B, the coupling portion between the first optical
上記の通り、本実施形態の光結合器10は、発光素子11と光伝送路付基板12に、それぞれ第1の光結合用導波構造1と第2の光結合用導波構造2を事前に装着させておくことにより、光結合時には第1の光結合用導波構造1と第2の光結合用導波構造2との位置決めのみを行えばよく、精度の高い位置決めを容易に実現することが可能となる。
また、第1の光結合用導波構造1と第2の光結合用導波構造2とはそれぞれ発光素子11と光伝送路付基板12に個別に装着されることから、それぞれの導波構造の長さを容易調整することができる。そこで、第1の光結合用導波構造1と第2の光結合用導波構造2のそれぞれの端部が光結合時にそれぞれ発光素子と光伝送路に接近するような長さに調整することで、高い結合効率が得られるようにすることも容易である。
As described above, the optical coupler 10 of the present embodiment has the first optical
Further, since the first optical
また、前記第1の光結合用導波構造1及び第2の光結合用導波構造2がそれぞれ発光素子11と光伝送路付基板12に個別に装着されていることは、例えばウエハの状態や基板切り出し前の状態において一括して形成することができる。さらに導波構造形成後は前記光素子と前記伝送路付基板の実装のみで光伝送システムを実現できるため、通常の電子部品実装と同じプロセスとなることもあり、量産性に優れているという効果がある。
The first optical
さらに、第1の光結合用導波構造1と第2の光結合用導波構造2とからなる光結合器10に用いる材料としては、従来から導波構造に用いられているものと同様のものを用いることができ、材料の選択性にも優れているといった効果がある。
本発明の光結合器の第2の実施の形態を、図2を用いて以下に説明する。本実施例でも、発光素子11を光伝送路付基板12に実装する例を示しているが、受光素子等の他の光素子を実装する場合であっても同様である。本実施形態の光結合器20は、発光素子11と光伝送路付基板12のそれぞれに第1の光結合用導波構造1と第2の光結合用導波構造2のそれぞれのクラッド1b,2bのみを事前に装着させるようにしている。
Further, the material used for the optical coupler 10 composed of the first optical
A second embodiment of the optical coupler of the present invention will be described below with reference to FIG. In this embodiment, an example in which the
図2(a)上段に示すように、未硬化のクラッド材22を発光素子11の光軸方向に充填し、コア1aの形状を有する型材21でクラッド1bの形状を形成した後、クラッド材22を硬化させる(図2(a)下段)。本実施形態では、発光素子11と第1の光結合用導波構造1との位置決めは、クラッド1bにコア1aの形状を形成する際に、型材21と発光素子11との位置決めで行うことができる。
2A, after filling the uncured
クラッド1bを発光素子11に形成するのと同様にして、クラッド2bを光伝送路付基板12に形成する。この場合も、光伝送路付基板12に備えられた光伝送路13と第2の光結合用導波構造2との位置決めは、クラッド2bにコア2aの形状を形成する際に、コア2aの形状を有する別の型材と光伝送路13との位置決めで行うことができる。
The clad 2 b is formed on the
本実施形態では、第1の光結合用導波構造1及び第2の光結合用導波構造2のそれぞれのコア1a,2aは、発光素子11を光伝送路12に実装するとき、もしくは実装後に形成される。図2(b)に示すように、発光素子11に形成されたクラッド1bと光伝送路付基板12に形成されたクラッド2bとの位置決めを行い、その後コア形状に形成された部分にコア材を充填する。これにより、第1の光結合用導波構造1及び第2の光結合用導波構造2のそれぞれのコア1a,2aが一体に形成される。
In this embodiment, the
上記の通り、コア1a,2aを一体に形成することから、コア1aと2aとの間には界面が形成されず、高い結合効率及び高い伝送品質を実現することができる。また、前記コア材は、発光素子11と光伝送路12との結合部を封止する封止樹脂として用いることができ、コア1aと2aの形成と前記結合部の封止を一体に行うことが可能となる。これにより、発光素子11の光伝送路付基板12への実装プロセスが簡便化される。
As described above, since the
本発明の光結合器の第3の実施の形態を、図3を用いて以下に説明する。本実施例でも、発光素子11を光伝送路付基板12に実装する例を示しているが、受光素子等の他の光素子を実装する場合であっても同様である。
A third embodiment of the optical coupler of the present invention will be described below with reference to FIG. Also in this embodiment, an example is shown in which the
本実施形態の光結合器30は、発光素子11の光軸方向に未硬化のクラッド材を充填する前に、コア1aの形状を有する型材31と発光素子11との位置決めを行う(図3(a))。その後前記クラッド材を型材31の周りに充填し、これを硬化してクラッド1bを形成する。
The
クラッド1bを発光素子11に形成するのと同様にして、クラッド2bを光伝送路付基板12に形成する。この場合も、光伝送路付基板12に備えられた光伝送路13と第2の光結合用導波構造2との位置決めは、コア2aの形状を有する別の型材と光伝送路13との位置決めで行うことができる。
The clad 2 b is formed on the
クラッド1b、2bが、それぞれ発光素子11と光伝送路12に形成された後は、第2の実施形態と同様にコア剤を充填してコア1a,2aを形成することで、発光素子11と光伝送路12とを光結合させることができる(図3(b))。
本発明の光結合器の第4の実施の形態を、図4を用いて以下に説明する。本実施例でも、発光素子11を光伝送路付基板12に実装する例を示しているが、受光素子等の他の光素子を実装する場合であっても同様である。本実施形態の光結合器40は、発光素子11と光伝送路付基板12のそれぞれに、略凸形状のコア1a,2aを有する第1の光結合用導波構造1と第2の光結合用導波構造2を事前に装着させるようにしている。
After the
A fourth embodiment of the optical coupler of the present invention will be described below with reference to FIG. In this embodiment, an example in which the
図4(a)に示すように、未硬化のクラッド材を発光素子11の光軸方向に充填し、略凸形状を有する硬化済みのコア1aをクラッド1bに挿入した後、前記クラッド材を硬化させる。本実施形態では、発光素子11と第1の光結合用導波構造1との位置決めは、コア1aをクラッド1bに挿入する際に行うことができる。
同様にして、クラッド2bに略凸形状を有するコア2aを挿入して硬化することで、光伝送路付基板12に第2の光結合用導波構造2を形成することができる。また、光伝送路付基板12に備えられた光伝送路13と第2の光結合用導波構造2との位置決めは、コア2aをクラッド2bに挿入する際に行うことができる。
As shown in FIG. 4 (a), an uncured clad material is filled in the optical axis direction of the light-emitting
Similarly, by inserting a
発光素子11と光伝送路13との光結合は、略凸形状のコア1a、コア2aの端部を位置決めして行うことができる(図4(b))。コア1a、コア2aの前記端部は、略凸形状の幅広となっている底部であって、それぞれクラッド1b、2bの外部に位置している。そのため、前記2つの端部を容易に位置決めすることができる。
The optical coupling between the light emitting
コア1a、コア2aの前記端部は、クラッド1b、2bで覆われていないことから、前記端部の厚みをできるだけ小さくするのが好ましい。これにより、コア1a、コア2aの前記端部での結合効率の低下を回避することが可能となる。上記の通り形成された第1の光結合用導波構造1と第2の光結合用導波構造2との結合部は、封止樹脂15で封止されて固定化される。
Since the end portions of the
本発明の光結合器の第5の実施の形態を、図5を用いて以下に説明する。本実施例でも、発光素子11を光伝送路付基板12に実装する例を示しているが、受光素子等の他の光素子を実装する場合であっても同様である。本実施形態の光結合器50は、発光素子11と光伝送路付基板12のそれぞれに、コア1a,2aを形成した後にクラッド1b、2bを形成し、その前記クラッド1b、2bの界面にて光結合させるようにしている。
発光素子11の光軸方向に未硬化のコア材51を充填し、クラッド1bの形状を有する型材52でコア1aの形状を形成した後、コア材51を硬化させる(図5(a)下段)。本実施形態では、発光素子11と第1の光結合用導波構造1との位置決めは、コア1aにクラッド1bの形状を形成する際に、型材52と発光素子11との位置決めで行うことができる。その後、クラッド1bを形成する。
A fifth embodiment of the optical coupler of the present invention will be described below with reference to FIG. In this embodiment, an example in which the
An
コア1a及びクラッド1bを発光素子11に形成するのと同様にして、コア2a及びクラッド2bを光伝送路付基板12に形成する。この場合も、光伝送路付基板12に備えられた光伝送路13と第2の光結合用導波構造2との位置決めは、クラッド2bの形状を有する別の型材と光伝送路13との位置決めで行うことができる。
発光素子11と光伝送路13との光結合は、コア1aとコア2aの端部を位置決めして、クラッド1bとクラッド2bの接合にて行うことができる(図5(b))。前記接合部からコア1a、コア2aまでの距離は導波構造ではないことから、この距離の厚さはできるだけ小さくするのが好ましい。これにより、コア1a、コア2aの前記端部での結合効率の低下を回避することが可能となる。上記の通り形成された第1の光結合用導波構造1と第2の光結合用導波構造2との結合部は、封止樹脂15で封止されて固定化される。
The
Optical coupling between the light emitting
本発明の光結合器の第6の実施の形態を、図6を用いて以下に説明する。本実施例でも、発光素子11を光伝送路付基板12に実装する例を示しているが、受光素子等の他の光素子を実装する場合であっても同様である。本実施形態の光結合器60は、硬化開始点と屈折率の異なる2種類の樹脂の混合材料61を用いて形成される。
A sixth embodiment of the optical coupler of the present invention will be described below with reference to FIG. Also in this embodiment, an example is shown in which the
発光素子11の光軸方向に硬化開始点と屈折率の異なる2種類の樹脂の混合材料61を充填し、発光素子の光の経路をコア1aとして光62で硬化した後、未硬化の材料を光62と異なる特性の光63にてクラッド1bとして硬化する(図6(a))。光62が発光素子からの光と同じ特性の場合には、発光素子からの光でコア1aを形成することもできる。このコア1aとクラッド1bは屈折率が異なるため、導波構造が形成される。
A light-emitting
コア1a及びクラッド1bを発光素子11に形成するのと同様にして、コア2a及びクラッド2bを光伝送路付基板12に形成する。この場合、コア2aを形成する光62は光伝送路13を伝播させて照射させてもよい。
The
発光素子11と光伝送路13との光結合は、コア1aとコア2aの端部を位置決めして行うことができる(図6(b))。上記の通り形成された第1の光結合用導波構造1と第2の光結合用導波構造2との結合部は、封止樹脂15で封止されて固定化される。
本発明の光結合器の第7の実施の形態を、図7を用いて以下に説明する。本実施形態の光結合器70は、発光素子11に装着された第1の光結合用導波構造1のコア1aの径が、光伝送路付基板12に装着された第2の光結合用導波構造2のコア2aの径よりも小さく形成されている。
The optical coupling between the light emitting
A seventh embodiment of the optical coupler of the present invention will be described below with reference to FIG. In the
上記のように発光側(出力側)である第1の光結合用導波構造1のコア径を受光側(入力側)である第2の光結合用導波構造2のコア径よりも小さくすることにより、第1の光結合用導波構造1と第2の光結合用導波構造2との位置決めを高精度に行わなくても、高い結合効率を確保することができる。
As described above, the core diameter of the first optical
発光素子11に代えて受光素子81を光伝送路付基板12に実装する場合も同様に行うことができる。図8は、受光素子81を光伝送路付基板12に実装する実施例を示す模式図である。同図において、出力側である第2の光結合用導波構造2のコア径を入力側である第1の光結合用導波構造1のコア径よりも小さくしている。これにより、第1の光結合用導波構造1と第2の光結合用導波構造2との位置決めを高精度に行わなくても、高い結合効率を確保することができる。
The same can be done when the
本発明の光結合器の第8の実施の形態を、図9を用いて以下に説明する。本実施例では、受光素子81を光伝送路付基板12に実装する例を示しているが、発光素子等の他の光素子を実装する場合であっても同様である。本実施形態の光結合器90は、前記第7の実施形態とは逆に、入力側の受光素子81に装着された第1の光結合用導波構造1のコア1aの径が、出力側の光伝送路12に装着された第2の光結合用導波構造2のコア2aの径よりも小さく形成されている。
The eighth embodiment of the optical coupler of the present invention will be described below with reference to FIG. In the present embodiment, an example in which the
出力側のコア径(図9ではコア2a)を例えば40〜50μmと比較的大きくした場合には、コア2aの伝播中にマルチモード光となってしまう。そこで、本実施形態のように入力側のコア径を出力側のコア径よりも小さくすることにより、高周波成分を除去して必要なモード光だけに絞って入力側(図9ではコア1a)に取り込むようにすることができ、高品質の光伝播を実現することができる。
When the core diameter on the output side (
本発明の光結合器の第9の実施の形態を、図10を用いて以下に説明する。本実施例でも、発光素子11を光伝送路付基板12に実装する例を示しているが、受光素子等の他の光素子を実装する場合であっても同様である。
A ninth embodiment of the optical coupler of the present invention will be described below with reference to FIG. Also in this embodiment, an example is shown in which the
本実施形態の光結合器100は、発光素子11に装着された第1の光結合用導波構造1において、コア1aの発光素子11に近接する端部71がレンズ形状に形成されている。同様にして、光伝送路付基板12に装着された第2の光結合用導波構造2において、コア2aの光伝送路13に近接する端部72がレンズ形状に形成されている。
In the
上記の通り、コア1aの発光素子11に近接する端部71及びコア2aの光伝送路12に近接する端部72をそれぞれレンズ形状に形成することにより、端部71及び端部72でレンズ効果を実現することができる。一例として、図10(b)に示すように、端部72ではコア2aから出力される光を絞って端面14に到達させるようにすることができ、結合効率を高めることができる。
As described above, by forming the
本発明の光結合器の第10の実施の形態を、図11を用いて以下に説明する。本実施形態の光結合器110は、光伝送路付基板12に装着された第2の光結合用導波構造2のコア2aの出口側が2つに分岐されている。すなわち、第2の光結合用導波構造2は分波用導波回路を形成している。
A tenth embodiment of the optical coupler of the present invention will be described below with reference to FIG. In the
本実施形態の光結合器110のように、第1の光結合用導波構造1または第2の光結合用導波構造2で分波用導波回路を形成することにより、モジュールとして高密度な導波回路の特徴をもった構造を作製することが可能となる。図11では、2つに分岐された第2の光結合用導波構造2の例を示したが、さらに分岐数を増やすことで、より高密度な導波回路を形成することも可能である。
As in the
なお、本実施の形態における記述は、本発明に係る光結合器の一例を示すものであり、これに限定されるものではない。本実施の形態における光結合器の細部構成及び詳細な動作等に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。 Note that the description in the present embodiment shows an example of the optical coupler according to the present invention, and the present invention is not limited to this. The detailed configuration and detailed operation of the optical coupler in the present embodiment can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention.
1・・・第1の光結合用導波構造
2・・・第2の光結合用導波構造
1a、2a・・・コア
1b、2b・・・クラッド
10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、110・・・光結合器
11・・・発光素子
12・・・光伝送路付基板
13・・・光伝送路
14・・・端面
15・・・封止樹脂
21・・・型材
22・・・クラッド材
31・・・型材
51・・・コア材
52・・・型材
61・・・樹脂混合剤
62・・・光
63・・・光
71、72・・・端部
81・・・受光素子
101・・・発光素子
102・・・光伝送路
103,104・・・マイクロレンズ
105・・・端面
121・・・光ピン
131・・・導波用シート
132・・・導波構造
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記光伝送路の光軸と直交する光軸を有する第1の光結合用導波構造と第2の光結合用導波構造とを備え
前記第1の光結合用導波構造の一部または全部が前記光素子に装着され、
前記第2の光結合用導波構造の一部または全部が前記端面と所定の距離だけ離れて対向する前記光伝送路付基板上の位置に装着されている
ことを特徴とする光結合器。 An optical coupler for optically coupling an optical element to a substrate with an optical transmission path comprising a substrate and an optical transmission path having an end face that changes the optical axis in a direction orthogonal to the optical axis ,
A first optical coupling waveguide structure and a second optical coupling waveguide structure having an optical axis orthogonal to the optical axis of the optical transmission line; a part of the first optical coupling waveguide structure; All attached to the optical element ,
An optical coupler, wherein a part or all of the second optical coupling waveguide structure is mounted at a position on the substrate with an optical transmission path facing the end face by a predetermined distance .
前記第1の光結合用導波構造及び前記第2の光結合用導波構造のコアは一体に形成されている
ことを特徴とする請求項1 に記載の光結合器。 In the first optical coupling waveguide structure and the second optical coupling waveguide structure, only the cladding is mounted on the optical element and the substrate with the optical transmission path, respectively.
The optical coupler of claim 1 wherein the first core of the optical coupling waveguide structure and said second optical coupling waveguide structure is characterized by being formed integrally.
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の光結合器。 The core diameter of the first optical coupling waveguide structure on the optical output side or the second optical coupling waveguide structure on the optical output side is equal to the second optical coupling waveguide structure on the optical input side or the first light. The optical coupler according to claim 1 , wherein the optical coupler is smaller than a core diameter of the coupling waveguide structure.
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の光結合器。 The core diameter of the first optical coupling waveguide structure on the optical output side or the second optical coupling waveguide structure on the optical output side is equal to the second optical coupling waveguide structure on the optical input side or the first light. The optical coupler according to claim 1 , wherein the optical coupler is larger than a core diameter of the coupling waveguide structure.
ことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の光結合器。 5. The input end of the first optical coupling waveguide structure or the second optical coupling waveguide structure on the light output side has a lens shape. 5 . The optical coupler according to claim 1.
ことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1 項に記載の光結合器。 5. The output end of the first optical coupling waveguide structure or the second optical coupling waveguide structure on the optical input side has a lens shape. 5 . The optical coupler according to claim 1.
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