JP4851382B2 - 光モジュール - Google Patents

Description

本発明は、モードフィールド径の異なる異種の導波路、例えば半導体導波路とPLC導波路を光接続して作製される光モジュールに関する。

従来、異なる導波路チップのモードフィールド径の異なる異種の導波路同士を光接続する場合、第１の導波路チップの入力側導波路と第２の導波路チップの出力側導波路のそれぞれの端面は接着面にもなっており、各チップの導波路端面間の距離は接続面距離に等しかった。しかし、異種の導波路の組み合わせによっては、最小な接続ロスを実現する導波路の入出力端面間距離の最適値が、適用する接着剤の適当な接着面距離の範囲内にないことがあり、入出力端面間距離と接着面距離を切り離した方がよいことがあった。

従来、異種の導波路を光結合したハイブリッド集積光モジュールとして、例えば、特許文献１に開示された技術がある。この従来技術は、光導波路基板と、光機能素子を有する光回路基板を光部品搭載基板上に搭載するハイブリッド集積光モジュール において、光回路基板の光導波路端部を他の光回路基板の光導波路端部に対して斜めに傾かせて光結合させる構成を有することで光結合の安定化を図ったことを特徴とする光モジュールである。これにより、光導波路基板と、光機能素子を有する光回路基板を光部品搭載基板上に搭載するハイブリッド集積 光モジュール において、光結合の安定化を向上させ、安定で高効率な光結合を実現している。
特開２０００−２７５４８０号公報

ところで、異なる導波路チップのモードフィールド径の異なる異種の導波路同士を光接続する場合、異種の導波路の組み合わせによっては、最小な接続ロスを実現する導波路の入出力端面間距離の最適値が、適用する接着剤の適当な接着面距離の範囲内にないことがあり、入出力端面間距離と接着面距離を切り離した方がよいことがあった。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みて為されたもので、その目的は、モードフィールド径の異なる異種の導波路間での光接続のロスの低減を図ることができる光モジュールを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様に係る光モジュールは、モードフィールド径の異なる異種の導波路を光接続して作製される光モジュールであって、第１の導波路を有する第１の導波路チップと、前記第１の導波路とはモードフィールド径の異なる第２の導波路を有する第２の導波路チップと、を備え、前記第１の導波路チップおよび第２の導波路チップ間を接続する接着面と、前記第１の導波路の端面および前記第２の導波路の端面のいずれか一方をずらしてオフセットしたことを特徴とする。

この態様によれば、各導波路チップの端面間の光接続距離（Ｘ）が接続面距離（Ｄ）と異なることになる。このため、異種の導波路の組み合わせによっては、最小な接続ロスを実現する導波路の入出力端面間距離の最適値が、適用する接着剤の最適な接着面距離の範囲内にない場合でも、モードフィールド径の異なる異種の導波路間での光接続のロスの低減を図ることができる。

本発明の他の態様に係る光モジュールは、前記第２の導波路チップの端面が前記第１の導波路チップの端面より小さいとすると、前記第２の導波路チップ側に該第２の導波路チップを支持するチップベンチを設け、前記チップベンチの端面を、前記第１の導波路チップの端面と接着する主たる接着面とすることを特徴とする。

この態様によれば、第１の導波路チップの端面と第２の導波路チップの端面との間に、接着剤が介在しないので、第１の導波路と第２の導波路の光接続部分（光結合部分）に透明樹脂からなる接着剤を充填する必要がなり、作業効率が向上する。

本発明の他の態様に係る光モジュールは、前記第２の導波路チップの端面と前記第１の導波路チップの端面の光接続距離をX、前記チップベンチの接着面となる端面と前記第１の導波路チップの端面間の距離を接着面距離D、適当な接着を得られる距離をDa、最適な接続ロスの得られる光接続距離をXmaxとしたとき、前記チップベンチの端面に対する、前記第２の導波路チップの端面のオフセット量ΔXを、下記の式
ΔX=Xmax-Da
を満たすように設定したことを特徴とする。

この態様によれば、チップベンチの端面に対する、第１の導波路チップの端面のオフセット量ΔXを、上記の式を満たすように設定することで、上記距離Daと上記距離Xmaxが一致しない場合にも、接続ロスを低減することができる。

本発明の他の態様に係る光モジュールは、前記第１の導波路チップ上および前記チップベンチ上に上板がそれぞれ固定されており、前記チップベンチの端面を前記第１の導波路チップの端面と接着すると共に、前記第１の導波路チップ上の前記上板と前記第１の導波路チップ上の前記上板の端面同士を接着したことを特徴とする。
この態様によれば、接着する面積が広くなるので、接着強度を高くすることができる。

本発明によれば、第１の導波路チップおよび第２の導波路チップ間を接続する接着面と、第１の導波路の端面および第２の導波路の端面のいずれか一方をずらしてオフセットすることによって、モードフィールド径の異なる異種の導波路間での光接続のロスの低減を図ることができる。

次に、本発明を具体化した各実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各実施形態の説明において同様の部位には同一の符号を付して重複した説明を省略する。
（第１実施形態）
第１実施形態に係る光モジュール１０を、図１および図２に基づいて説明する。図１は、第１実施形態に係る光モジュール１０の縦断面図である。

この光モジュール１０は、モードフィールド径の異なる異種の導波路、例えば半導体導波路とPLC導波路を光接続（光結合）して作製される。

光モジュール１０は、第１の導波路２１を有する第１の導波路チップ２０と、第１の導波路２１とはモードフィールド径の異なる第２の導波路３１を有する第２の導波路チップ３０と、を備える。本実施形態では、一例として、第１の導波路チップ２０を、平面光波回路上の光導波路（第１の導波路２１）を有する石英系平面光波回路（PLC：Planar Lightwave Circuit）チップ、第２の導波路チップ３０を、半導体導波路（第２の導波路３１）を有する半導体チップとしている。従って、この光モジュール１０は、平面光波回路上の光導波路と半導体チップ上の半導体導波路をハイブリッド集積した光モジュールである。

この光モジュール１０の特徴は、第１の導波路チップ２０および第２の導波路チップ３０間を接着剤５０で接合（接続）する接着面と、第２の導波路の端面３２をずらしてオフセットした点にある。

具体的には、第２の導波路チップ３０の端面３２が第１の導波路チップ２０の端面２２より小さいとすると、第２の導波路チップ３０側に該第２の導波路チップ３０を支持するチップベンチ４０が設けられている。

このチップベンチ４０の端面４１を、第１の導波路チップ２０の端面２２と接着する主たる接着面とする。

そして、第２の導波路チップ３０の端面３２と第１の導波路チップ２０の端面２２間の光接続距離をX、チップベンチ４０の接着面となる端面４１と第１の導波路チップ２０の端面２２間の距離を接着面距離D、適当な接着を得られる距離をDa、最適な接続ロスの得られる光接続距離をXmaxとしたとき、
チップベンチ４０の端面４１に対する、第１の導波路チップ２０の端面２２のオフセット量ΔXを、下記の式
ΔX=Xmax-Da
を満たすように設定した。

なお、図２の曲線（イ）は、光接続距離Xと接続ロスの関係を示している。この図２において、符号「７１」は、適当な接着を得られる距離Daの位置を、符号「７２」は最適な接続ロスＬの得られる光接続距離Xmaxの位置をそれぞれ示している。

以上のように構成された第１実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。

○各導波路チップ２０，３０の導波路端面２２，３２間の光接続距離（Ｘ）が接続面距離（Ｄ）と異なることになる。このため、異種の導波路２１，３１の組み合わせによっては、最小な接続ロスを実現する導波路の入出力端面間距離の最適値が、適用する接着剤の最適な接着面距離の範囲内にない場合でも、モードフィールド径の異なる異種の導波路間での光接続のロスの低減を図ることができる。

○チップベンチ４０の端面４１に対する、第１の導波路チップ２０の端面２２のオフセット量ΔXを、上記の式を満たすように設定することで、上記距離Daと上記距離Xmaxが一致しない場合にも、接続ロスを低減することができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係る光モジュール１０Ａを、図３および図４に基づいて説明する。図３は第２実施形態に係る光モジュール１０Ａを示す図で、図４のＡ−Ａ矢視断面図、図４は同光モジュール１０Ａを示す平面図である
この光モジュール１０Ａでは、第１の導波路チップ２０上に上板６０が、チップベンチ４０上に上板６１、６２がそれぞれ固定されている。ここでは、上板６０の端面６０ａを第１の導波路チップ２０の端面２２と一致させてあると共に、上板６１、６２の各端面６１ａ，６２ａもチップベンチ４０の端面４１と一致させてある。

また、この光モジュール１０Ａでは、チップベンチ４０の端面４１を第１の導波路チップ２０の端面２２と接着剤５０Ａで接着すると共に、上板６０の端面６０ａと、上板６１，６２の各端面６１ａ，６２ａ同士を接着剤５０Ａで接着した。

以上のように構成された第２実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
○接着する面積が広くなるので、接着強度を高くすることができる。

チップベンチ４０と導波路チップ２０をUV硬化型接着剤で硬化しようとすると、チップベンチ４０と導波路チップ２０の基板は半導体（シリコン）であるため、照射するUV光が接着面間に十分に行き渡らず、硬化させることができない。上板６０、６１、６２をUV光に透明なガラス材を使用すれば、UV硬化型接着剤で硬化することができ、チップ同士を十分に強力に接着することができる。

なお、この発明は以下のように変更して具体化することもできる。

・上記各実施形態では、モードフィールド径の異なる異種の導波路として、半導体導波路とPLC導波路を光接続（光結合）して作製した光モジュールについて説明したが、本発明は、このような構成に限らず、モードフィールド径の異なる異種の導波路を光接続して作製した光モジュールに広く適用可能である。

本発明の第１実施形態に係る光モジュールの縦断面図。 光接続距離Xと接続ロスＬの関係を示すグラフ。 同ＧａＮ系半導体デバイス２０の多層配線の構造を示す平面図。 同ＧａＮ系半導体デバイス２０の多層配線の構造を示す平面図。

符号の説明

１０：光モジュール
２０：第１の導波路チップ
２１：第１の導波路
２２：端面
３０：第２の導波路チップ
３１：第２の導波路
３２：端面
４０：チップベンチ
４１：端面
５０：接着剤

Claims (5)

1. 第１の導波路を有する第１の導波路チップと、
   前記第１の導波路とはモードフィールド径の異なる第２の導波路を有する第２の導波路チップと、
   該第２の導波路チップを支持するチップベンチと、を備え、
   前記第２の導波路チップは、前記第１の導波路チップの端面と前記チップベンチの端面との間の距離よりも、前記第１の導波路チップの端面と前記第２の導波路チップの端面と間の距離が長くなるように、前記チップベンチの端面に対して、前記第２の導波路チップの端面をずらしてオフセットされており、
   前記第１の導波路チップと前記チップベンチ、および前記第１の導波路チップと前記第２の導波路チップの端面との間は、接着剤が充填されていることを特徴とする光モジュール。
2. 前記チップベンチの端面を、前記第１の導波路チップの端面と接着する主たる接着面とすることを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
3. 前記第２の導波路チップの端面と前記第１の導波路チップの端面との間の距離を光接続距離X、前記チップベンチの接着面となる端面と前記第１の導波路チップの端面との間の距離を接着面距離D、適当な接着を得られる距離をDa、最適な接続ロスの得られる光接続距離をXmaxとしたとき、
   前記チップベンチの端面に対する、前記第２の導波路チップの端面のオフセット量ΔXを、下記の式
   ΔX=Xmax-Da
   を満たすように設定したことを特徴とする請求項１または２に記載の光モジュール。
4. 前記第１の導波路チップ上に配置され、該第１の導波路チップの端面と略同位置に端面が位置するように固定された第１の上板と、
   前記チップベンチ上の前記第２の導波路が支持されていない部分に配置され、前記チップベンチの端面と略同位置に端面が位置するように固定された第２の上板とを備え、
   前記第１の導波路チップの端面および前記第１の上板の端面と、前記チップベンチの端面および前記第２の上板の端面とが接着されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１に記載の光モジュール。
5. 前記接着剤が紫外線硬化型接着剤であり、
   前記第１の上板および前記第２の上板が紫外線に対して透明な部材により作成されていることを特徴とする請求項４記載の光モジュール。

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