JP5024199B2

JP5024199B2 - 光伝送モジュール

Info

Publication number: JP5024199B2
Application number: JP2008165531A
Authority: JP
Inventors: 昭浩蛭田
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2008-06-25
Filing date: 2008-06-25
Publication date: 2012-09-12
Anticipated expiration: 2028-06-25
Also published as: JP2010008542A

Description

本発明は、光導波路内で複数の光信号（マルチビーム）を並列送信あるいは並列受信する（パラレル伝送する）ための光伝送モジュールに関する。

光導波路内でマルチビームをパラレル伝送するための従来の光伝送モジュールとしては、図４に示す光伝送モジュール４１がある。

この光伝送モジュール４１は、フレキシブルな（可とう性を有する）光導波路４２に複数本の光配線（チャンネル、あるいは光回路）として直線光導波路４３（図４では、３本）を形成し、光導波路４２の一端部に各直線光導波路４３に対応させて光素子４４を実装し、光導波路４２の他端部に各直線光導波路４３に臨ませて球レンズ４５を配置し、各球レンズ４５にそれぞれ図示しない光伝送路としての光ファイバを光結合している。

また、図５に示す光伝送モジュール５１は、光導波路５２に、配線ピッチを一端部側で広く、他端部側で狭くしたピッチ変換光配線５３を形成したものを用いている。

この光伝送モジュール５１は、光導波路５２の一端部に各光配線に臨ませて素子側のコリメートレンズ５４ｅを配置し、これらコリメートレンズ５４ｅに対応させて光導波路５２の端面と対向するように光素子４４を設け、光導波路５２の他端部に臨ませて１個の伝送路側のコリメートレンズ５４ｃを配置している（例えば、特許文献１参照）。コリメートレンズ５４ｃは、各光配線からの光信号をコリメート光にし、図示しない１本の光ファイバに集光して入射させ、あるいは１本の光ファイバからの光信号を各光配線にコリメート光として入射させる。

光伝送モジュール５１では、伝送路側で配線ピッチを狭くすることで、１個のコリメートレンズ５４ｃで各光配線（図５では、４本）の出射光または入射光を光結合させることができる。このため光伝送モジュール５１では、伝送路側では１個のレンズで済み、図４の光伝送モジュール４１よりも光学系が簡素化できる。

図６に示す光伝送モジュール６１は、図５の光伝送モジュール５１の構造において、光導波路５２上に光素子４４を実装し、素子側のコリメートレンズ５４ｅを省略した構造で、図４の光伝送モジュール４１を集積化した構造となる（例えば、特許文献２参照）。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、次のものがある。

特開２００３−８４１５４号公報特開２００２−２６７９６９号公報特開平１１−１４４２９８号公報

しかしながら、図４の光伝送モジュール４１は、各直線光導波路４３の光路長が互いに等しいため、各光信号にスキュー（伝搬遅れ）は発生しないが、各直線光導波路４３ごとに球レンズ４５を設けなければならず、光学系が複雑となったり、球レンズ４５と光ファイバとの光結合にバラツキが生じやすくなったりする。複数個の球レンズ４５の代わりに１個のレンズを用いる場合には、大口径レンズとなり、レンズ加工が困難で高コストになる。

図５の光伝送モジュール５１は、伝送路側で配線ピッチを狭くして、小さなコリメートレンズ５４ｃで複数の光配線を伝送する光信号と光結合できるようにしたものであるが、ピッチ変換光配線５３の各光配線の光路長が異なるため、高速（例えば、伝送速度が１０Ｇｂｉｔ／ｓ以上）の光信号を伝送する際、光信号の伝搬に時間的な差（位相差）が生じ、スキュー発生の原因となる。

図６の光伝送モジュール６１でも、ピッチ変換光配線５３の各光配線間には図５の光伝送モジュール５１と同じく光路長に差があるため、スキューが発生する。

そこで、本発明の目的は、各光信号間にスキューの発生がない光伝送モジュールを提供することにある。

前記目的を達成するために創案された本発明は、光導波路上に並列実装または光導波路の端面と対向実装され、光信号を送信あるいは受信する複数個の光素子と、前記光導波路の端部に設けられるレンズと、各光素子と前記レンズ間にそれぞれ形成される複数本の光配線とを備えた光伝送モジュールにおいて、各光配線の光路長が互いに等しくなるように隣接する２本の光配線を交差させ、前記２本の光配線が交差する交差部と前記レンズとの間の配線ピッチが前記交差部と前記光素子との間の配線ピッチよりも狭い光伝送モジュールである。

前記複数本の光配線は、４本以上かつ偶数本の光配線からなり、隣接する２本の光配線で１組の光配線群を構成し、その光配線群内で隣接する２本の光配線を交差させ、さらに隣接する２組の光配線群の群間ピッチを前記レンズ側で前記光素子側よりも狭くしたものでもよい。

前記複数本の光配線は、その長手方向に沿った前記光導波路の中心線に対して線対称であるとよい。

前記光導波路は、前記複数本の光配線を構成するコアと、そのコアの上下に設けられたクラッドとからなり、前記複数個の光素子の下方に位置する前記光導波路に溝を形成し、その溝の内面に反射面を形成し、前記複数個の光素子から出射した各光信号を前記反射面でそれぞれ反射させて前記複数本の光配線に入射させる、あるいは前記複数本の光配線からの各光信号を前記反射面でそれぞれ反射させて前記複数個の光素子に入射させてもよい。

本発明によれば、各光信号間にスキューの発生がない光伝送モジュールを実現できる。

以下、本発明の好適な実施形態を添付図面にしたがって説明する。

図１（ａ）は、本発明の好適な第１の実施形態を示す光伝送モジュールの平面図、図１（ｂ）はその縦断面構造図である。

図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、第１の実施形態に係る光伝送モジュール１は、例えば、ネットワーク機器（スイッチングハブやメディアコンバータ）間やサーバ間の配線などの主に比較的短距離の光通信に用いられ、処理能力向上のためクラスタ接続により分散された装置の架間、装置間を結ぶものとして使用される。また、光伝送モジュール１は、マルチビームを走査し、紙面にデータを印刷するレーザプリンタなどの光記録装置にも用いられる。

この光伝送モジュール１は、光導波路２と、その光導波路２上の一端部（図１（ａ）では上側の端部付近）に並列させて表面実装され、光信号を送信あるいは受信する複数個の光素子３と、光導波路２の他端部（光素子３の実装側とは反対側の端部、図１（ａ）では下側の端部）に光導波路２と光結合するように設けられる１個のコリメートレンズ４と、各光素子３とコリメートレンズ４間にそれぞれ形成される複数本の光配線５（図１（ａ）では左側から順に４本の光配線５ａ〜５ｄ）とを備える。

光導波路２は、複数本の光配線５を構成するコア６と、そのコア６の上下に設けられたクラッド７ｕ，７ｄとからなる。本実施形態では、光導波路２として、ポリマからなるフレキシブル光導波路を用いた。ポリマとしては、ＵＶ（紫外線）硬化性アクリル系、フッ素化アクリル系、エポキシ系、感光性ポリイミド系などのポリマを用いる。ポリマからなるフレキシブル光導波路は、直接露光法によって形成してもよいし、樹脂金型を用いた成型により形成してもよい。

光導波路２には、複数個の光素子３の下方に位置するクラッド７ｄの下面からコア６を介してクラッド７ｕの下部まで縦断面視でほぼ三角形状の溝８が形成され、その溝８の内面に、Ａｇなどの金属薄膜を蒸着して反射面９が形成される。一方、溝８内を空気層とすることにより、反射面９に金属薄膜を形成することなく、光信号を反射することも可能である。

光素子３としては、ＬＤ（半導体レーザ）素子などの発光素子や、ＰＤ（フォトダイオード）などの受光素子を用いる。各光素子３で送信あるいは受信する光信号は、波長が互いに異なっていてもよいし、同じ波長でもよい。

本実施形態では、複数個の光素子３として、各光配線５ａ〜５ｄの一端部の直上に４個のＬＤ素子の発光部がそれぞれ位置するように、対応させて配列したＶＣＳＥＬ（面発光型半導体レーザ）アレイ１０を用いた。複数個の光素子３の近傍となる光導波路２上には、各光素子３を駆動するドライバＩＣ１１が実装される。複数個の光素子３としてＰＤアレイを用いる場合には、ドライバＩＣ１１に代えて、各光素子３で受信した光信号を増幅するプリアンプを用いる。

コリメートレンズ４の光導波路２とは反対側の伝送路側には、伝送路としての図示しない１本の光ファイバがコリメートレンズ４と光結合するように設けられる。このコリメートレンズ４は、光導波路２の他端の中央部に臨んで設けられ、各光配線５ａ〜５ｄからの４つの光信号をコリメート光にし、１本の光ファイバに集光して入射させ、あるいは１本の光ファイバからの４つの光信号を各光配線５ａ〜５ｄに、それぞれ１つのコリメート光として入射させる。コリメートレンズ４には、樹脂レンズを用いてもよいし、光学ガラスレンズを用いてもよい。

さて、光伝送モジュール１は、各光配線５ａ〜５ｄの光路長が互いに等しくなるように各光配線５ａ〜５ｄを交差させている。

より詳細には、光導波路２の左側（図１（ａ）参照）で隣接する２本の光配線５ａ，５ｂで１組目の光配線群５Ｇ１を構成し、その光配線群５Ｇ１内で光配線５ａ，５ｂを２回交差させて交差部１２，１３を形成する。コア６の幅、高さが６μｍ、比屈折率差Δ＝０．４％、光の波長が１．５５μｍの場合、各交差部１２，１３を通過するときの光信号の過剰損失がそれぞれ約０．０５ｄＢ以下となるように、光配線５ａ，５ｂの交差角度θを３０〜１５０°、好ましくは３０〜９０°とする。これは、交差角度θが３０°未満であったり、１５０°を超えたりすると、図１（ａ）の光配線５ａのパスを伝送する光が、交差部１２や交差部１３において光配線５ｂ側のパスに漏れこむようになるためである。

光配線５ａ，５ｂは、コリメートレンズ４側での配線ピッチｐＬが光素子３側の配線ピッチｐＥよりも狭い。光素子３側の配線ピッチｐＥは、複数個の光素子３の配列ピッチと同じである。本実施形態では、複数個の光素子３の配列ピッチを約２５０〜５００μｍとした。

光配線５ａは、光導波路２の一端から他端にかけて形成される。この光配線５ａは、光素子３の下方を配線長手方向に沿って形成される第１直線光導波路１４と、第１直線光導波路１４から光配線５ｂと交差し、光配線５ｂ間との配線ピッチｐＥを狭くして配線ピッチｐＬにするための第１曲線光導波路１５と、第１曲線光導波路１５の他端からの配線ピッチｐＬを保つ第２直線光導波路１６と、第２直線光導波路１６から光配線５ｂと再び交差し、第２直線光導波路１６の他端からの配線ピッチｐＬを両端で保つ第２曲線光導波路１７と、第２曲線光導波路１７の他端からの配線ピッチｐＬを保つ第３直線光導波路１８と、第３直線光導波路１８の配線ピッチｐＬを両端で保つと共に、光配線５ａをコリメートレンズ４側に曲げる第３曲線光導波路１９ａと、第３曲線光導波路１９ａの他端からの配線ピッチｐＬを保つ第４直線光導波路２０とからなる。

光配線５ｂも、第３曲線光導波路１９ａと光路長が等しい第３曲線光導波路１９ｂを除き、光配線５ａと同様にして形成される。つまり、光配線群５Ｇ１は、２つの交差部１２，１３を有するピッチ変換光配線である。

光導波路２の右側（図１（ａ）参照）で隣接する２本の光配線５ｃ，５ｄで構成される２組目の光配線群５Ｇ２は、複数本の光配線３の長手方向に沿った光導波路２の中心線Ｃ１に対して線対称となるように、光配線群５Ｇ１と同様にして形成される。

第１の実施形態の作用を説明する。

光伝送モジュール１では、複数個の光素子３から下方に出射した各光信号Ｌを反射面９でそれぞれ反射させてコリメートレンズ４側に光路を９０°曲げ、複数本の光配線５ａ〜５ｄにそれぞれ入射させ、これら光配線５ａ〜５ｄの他端から出射した各光信号をコリメートレンズ４でコリメート光にし、１本の光ファイバに集光して伝送させる。光素子３として前述したような受光素子を用いる場合には、これとは逆の動作となる。

光伝送モジュール１では、各光配線５ａ〜５ｄの光路長が互いに等しくなるように各光配線５ａ〜５ｄを交差させているので、光導波路２の一端部である反射面９から光導波路２の他端までの光配線５ａ，５ｂの光路長が互いに等しい（各光配線５ａ，５ｂの長さが同じである）。

したがって、光伝送モジュール１では、光導波路２内の光配線５ａ，５ｂを伝送する各光信号間にスキューの発生がなく、更に２つの交差部１２，１３を通過したときに発生する各光信号の伝送損失も合計で約０．１ｄＢと非常に小さい。光配線５ｃ，５ｄを伝送する各光信号間にも、光配線５ｃ，５ｄの光路長が光配線５ａ，５ｂと同じ光路長であるため、スキューの発生がない。

このように、光伝送モジュール１によれば、すべての光配線５ａ〜５ｄを伝送する各光信号間にスキューの発生がない光伝送モジュールを実現できる。

また、光伝送モジュール１では、複数本の光配線５ａ〜５ｄは、コリメートレンズ４側での配線ピッチｐＬが光素子３側の配線ピッチｐＥよりも狭いため、少ない個数のレンズ（光伝送モジュール１では１個のコリメートレンズ４のみ）で各光配線５ａ〜５ｄの光信号と伝送路とを光結合させることができる。これにより、光伝送モジュール１によれば、小型・簡易な光学系で、各光信号間にスキューのない光伝送モジュールを実現できる。

光伝送モジュール１では、複数個の光配線５ａ〜５ｄは、その長手方向に沿った光導波路２の中心線Ｃ１に対して線対称であるため、光素子３の個数や光配線５の本数が増えても、製造が簡単である。

さらに、光伝送モジュール１は、光導波路２に溝８を形成し、その溝８に反射面９を形成することで、コア６中に光路変換する機能を有するため、光導波路２上に複数個の光素子３を表面実装して光信号を３次元で伝送できるため、この点でも小型・簡易な光学系を構築できる。

また、図２に示す第２の実施形態に係る光伝送モジュール２１のように、図１の光伝送モジュール１の各光配線５ａ〜５ｄから、第３曲線光導波路１９ａと第４直線光導波路２０とを省略した光導波路２５ａ〜２５ｄを形成した光導波路２２を用いてもよい。さらに光伝送モジュール２１では、図１の光伝送モジュール１のコリメートレンズ４に代えて、光配線２５ａ，２５ｂの他端に臨ませて第１コリメートレンズ２６を設けると共に、光配線２５ｃ，２５ｄの他端に臨ませて第２コリメートレンズ２７を設ける。

この光伝送モジュール２１では、光伝送モジュール１に比べると、２個のレンズが必要になり、レンズ側での光配線群２５Ｇ１，２５Ｇ２間の配線ピッチが若干広くなるが、光伝送モジュール１と同様に、すべての光配線２５ａ〜２５ｄを伝送する各光信号間にスキューの発生がない。

前記実施形態では、４本の光配線を用いた例で説明したが、複数本の光配線を、４本以上かつ偶数本の光配線からなるもので構成し、さらに光伝送モジュール１のように、隣接する２組の光配線群５Ｇ１，５Ｇ２において、レンズ側の群間ピッチｐＧＬを光素子側の群間ピッチｐＧＥよりも狭くすると、前述した効果がより顕著に得られる。

さらに、図３に示す第３の実施形態に係る光伝送モジュール３１は、複数本の光配線５の構造は図１の光伝送モジュール１と同じであるが、光素子４４の実装構造が図１の構造とは異なる。この光伝送モジュール３１は、光素子４４の実装構造が図５と同じであり、光導波路２の一端面と対向するように複数個の光素子４４を実装し、光導波路２の一端面と複数個の光素子４４の間に、各光配線５ａ〜５ｄに臨ませて素子側のコリメートレンズ５４ｅを配置した構造である。

光伝送モジュール３１によれば、光導波路２に図１（ｂ）のような溝８を形成する必要が無く、更に、光素子４４としてＶＣＳＥＬ以外の汎用の発光素子（例えば、波長１．３〜１．５５μｍ帯の長波長ＬＤ）を用いることができ、光伝送モジュールの用途が広がる。

以上の実施形態では、光導波路２としてポリマからなるフレキシブル光導波路の例で説明したが、光学ガラスからなるリジッドな光導波路に用いることも可能である。

図１（ａ）は、本発明の好適な第１の実施形態を示す光伝送モジュールの平面図、図１（ｂ）はその縦断面構造図である。本発明の第２の実施形態を示す光伝送モジュールの平面図である。本発明の第３の実施形態を示す光伝送モジュールの平面図である。従来の光伝送モジュールの一例を示す平面図である。従来の光伝送モジュールの一例を示す平面図である。従来の光伝送モジュールの一例を示す平面図である。

符号の説明

１光伝送モジュール
２光導波路
３光素子
４コリメートレンズ
５ａ〜５ｄ光配線

Claims

光導波路上に並列実装または光導波路の端面と対向実装され、光信号を送信あるいは受信する複数個の光素子と、前記光導波路の端部に設けられるレンズと、各光素子と前記レンズ間にそれぞれ形成される複数本の光配線とを備えた光伝送モジュールにおいて、各光配線の光路長が互いに等しくなるように隣接する２本の光配線を交差させ、前記２本の光配線が交差する交差部と前記レンズとの間の配線ピッチが前記交差部と前記光素子との間の配線ピッチよりも狭いことを特徴とする光伝送モジュール。
前記複数本の光配線は、４本以上かつ偶数本の光配線からなり、隣接する２本の光配線で１組の光配線群を構成し、その光配線群内で隣接する２本の光配線を交差させ、さらに隣接する２組の光配線群の群間ピッチを前記レンズ側で前記光素子側よりも狭くした請求項１記載の光伝送モジュール。
前記複数本の光配線は、その長手方向に沿った前記光導波路の中心線に対して線対称である請求項１又は２に記載の光伝送モジュール。
前記光導波路は、前記複数本の光配線を構成するコアと、そのコアの上下に設けられたクラッドとからなり、前記複数個の光素子の下方に位置する前記光導波路に溝を形成し、その溝の内面に反射面を形成し、前記複数個の光素子から出射した各光信号を前記反射面でそれぞれ反射させて前記複数本の光配線に入射させる、あるいは前記複数本の光配線からの各光信号を前記反射面でそれぞれ反射させて前記複数個の光素子に入射させる請求項１〜３いずれかに記載の光伝送モジュール。