JP5745478B2 - 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、光ファイバとの接続を考慮して小型化を図った光モジュールに関する。

近年、通信トラフィックの増大に伴い、幹線系の光伝送ネットワークにおいては、光ファイバ１本当たりに、より多くのデータを伝送する大容量伝送が求められている。これを実現する手段として、周波数利用効率の向上と長距離伝送とを実現するための多値変調技術およびデジタルコヒーレント受信技術が注目されている。多値変調方式においては、光の位相を考慮した高機能な光変調器の実現が必須となる。

光変調器とは、電気信号を光の強弱信号などに変換する、光通信の基幹デバイスの一つであり、一般に高速・低損失・低消費電力・小型・高信頼性が求められている。光変調器を実現する方式は、直接変調方式と外部変調方式とに分類される。高速・基幹ネットワークにおいては、高速性と長距離伝送性といった点から、外部変調方式が主流である。外部変調方式を適用した光変調器においては、電気光学効果（以下、ＥＯという）を利用したＬｉＮｂＯ₃（ニオブ酸リチウム、以下、ＬＮという）などの誘電体材料、半導体材料または有機材料、電界吸収効果を用いた半導体材料などが用いられている。

一方、多値変調方式の光変調器においては、光の偏波などを積極的に利用する必要があるため、それらを分波・合波する受動的な光回路を備える必要がある。しかしながら、ＬＮ、半導体材料の光学的特性は、ガラス材料と比較して、低損失性、光ファイバとの接続性の観点から劣るため、機能向上に課題があった。

受動的な光回路を、低損失で実現するデバイスとして、石英ガラスをＳｉ基板などの上に堆積させた平面光波回路（Planer Lightwave circuit、以下、ＰＬＣという）が知られている。石英ガラス系材料からなる石英ＰＬＣの優れた光学的特性を利用し、石英ＰＬＣと、ＬＮ等の誘電体材料または半導体材料、有機材料などからなる光機能部材とを組み合わせる技術が注目されている。

このような光変調器においては、石英ＰＬＣのチップと光機能部材のチップとの間の光入出力部が、適切に接続されて一体化されている。２つ以上のチップを集積したものを、１つのデバイス（以下、マルチチップ集積デバイスという）として扱い、外部との光入出力を行う光ファイバとマルチチップ集積デバイスとを接続する。マルチチップ集積デバイスを用いた光変調器の代表的な例としては、石英ＰＬＣとＬＮ導波路とを組み合わせた変調器（以下、石英−ＬＮ変調器という）が知られている。

ここで、マルチチップ集積デバイスを通信装置内のボードに搭載する際、一般的に、信頼性、ガスバリア性などの観点から、金属、セラミックなどからなるパッケージ、ケースなどに収容している。光ファイバとマルチチップ集積デバイスとは、ガラスなどからなるファイバ接続部品により接着固定される方法が一般的である。光ファイバは、パッケージまたはケースのパイプ部を貫通して、マルチチップ集積デバイスと接続される。光ファイバに金属皮膜を付したメタルコートファイバを用いて、パイプ部をハンダ封止したり、光ファイバを接着剤などにより固定するなどして、封止することが多い。

特開平２―７３２０７号公報

N. Mekada. et al, "Practical method of waveguide-to-fiber connection: direct preparation of waveguide endface by cutting machine and reinforcement using ruby beads,"APPLIED OPTICS, pp.5096-5102, Vol. 29, No. 34,1 December 1990

図１は、従来の石英−ＬＮ変調器の構成を示す上面図である。図２は、ＬＮ変調器の光導波路に沿って切断した断面図である。石英−ＬＮ変調器１０は、両端部に石英ＰＬＣ１３ａ，１３ｂを接続したＬＮ変調器１２を、パッケージ１１に収容している。光ファイバ１４ａ，１４ｂは、接続用端面２１ａ，２１ｂにおいて、ファイバ接続部品２０ａ，２０ｂにより、石英ＰＬＣ１３ａ，１３ｂに接続され、パッケージ１１のパイプ部２２ａ，２２ｂに固定されている。なお、補強板１５ａ〜１５ｆは、ファイバ接続部品と石英ＰＬＣとの接続、石英ＰＬＣとＬＮ変調器との接続において、接着面積を確保して、接続を強固にするためのガラスブロックである。

ＬＮ変調器１２には、光導波路に沿って電極が形成されており、光信号が透過する光導波路に電界を印加することにより、光信号を変調する。ＬＮ変調器のＥＯ効果を十分に引き出すためには、光導波路に沿った電極を数ｃｍ設ける必要があり、必然的にＬＮ変調器１２の光軸方向の長さも数ｃｍ程度以上になる。

また、パッケージ１１に使用される金属材料と、マルチチップ集積デバイスに使用されるガラス材料、半導体材料等とは、熱膨張係数が異なる。このため、温度変化が起こると各材料の熱膨張の大きさが異なってくるので、温度変化に応じた熱応力に起因して、光ファイバ自体または光ファイバを固定する部材に新たな力が加わり、機械的信頼性が低下するという問題があった。

そこで、光デバイスとの接続部とパイプ部との間で、光ファイバを一定の長さ座屈させ、温度変化に伴う機械的信頼性の低下を軽減する構造が提案されている（例えば、特許文献１参照）。図１を例にすると、光ファイバ１４ａ，１４ｂに、一定の長さ座屈させたファイバ余長部２３ａ，２３ｂを設ける。従って、パッケージ１１は、ＬＮ変調器１２の光軸方向に沿った長さに加えて、ファイバ余長部２３ａ，２３ｂを設ける必要があり、さらに長尺化する必要がある。また、このような長尺化した石英−ＬＮ変調器１０を、通信装置内のボードに搭載する際、他のデバイスとの接続において、実装上の制約が大きくなるという問題もあった。

本発明の目的は、マルチチップ集積デバイスを実装した光モジュールであっても、光ファイバとの接続を考慮して小型化を図った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、第１の態様は、平面光波回路（ＰＬＣ）と光機能部材とから構成されたマルチチップ集積デバイスを、前記光機能部材の光導波路の光軸方向がパッケージの長手方向となるように収容した光モジュールにおいて、前記ＰＬＣは、前記パッケージの長手方向に光ファイバを接続するための光導波路を備え、前記光機能部材に形成された光導波路の導波路面とは反対の面で前記光機能部材と接続され、前記光機能部材に形成された光導波路の一方の導波路端部と、前記ＰＬＣに形成された光導波路の一方の導波路端部との間に、それぞれの光導波路を光学的に結合する折り返し機構が設けられ、前記ＰＬＣの光導波路と前記光ファイバとは、前記ＰＬＣの光導波路の他方の導波路端部であって、前記折り返し機構が設けられた導波路端部とは反対側の導波路端部において接続され、前記光ファイバは、前記ＰＬＣの他方の導波路端部と前記パッケージの長手方向に対向する面から取り出されることを特徴とする。

第２の態様は、両端部に平面光波回路（ＰＬＣ）を接続した光機能部材により構成されたマルチチップ集積デバイスを、前記光機能部材の光導波路の光軸方向がパッケージの長手方向となるように収容した光モジュールにおいて、第１および第２のＰＬＣは、前記パッケージの長手方向に光ファイバを接続するための光導波路を備え、前記光機能部材に形成された光導波路の導波路面とは反対の面で前記光機能部材と接続され、前記光機能部材に形成された光導波路の一方の導波路端部と、前記第１および第２のＰＬＣに形成された光導波路の一方の導波路端部との間に、それぞれの光導波路を光学的に結合する折り返し機構が設けられ、前記第１のＰＬＣには、前記光機能部材に形成された２本の光導波路を折り返し接続する光導波路が形成され、前記第２のＰＬＣには、前記光機能部材に形成された２本の光導波路と２本の光ファイバとをそれぞれ接続するための２本の光導波路が形成され、前記第２のＰＬＣの２本の光導波路と前記２本の光ファイバとは、前記第２のＰＬＣの光導波路の他方の導波路端部であって、前記折り返し機構が設けられた導波路端部とは反対側の導波路端部において接続され、前記２本の光ファイバは、前記第２のＰＬＣの他方の導波路端部と前記パッケージの長手方向に対向する面から取り出されることを特徴とする。

第３の態様は、平面光波回路（ＰＬＣ）と光機能部材とから構成されたマルチチップ集積デバイスを、前記光機能部材の光導波路の光軸方向がパッケージの長手方向となるように収容した光モジュールにおいて、前記ＰＬＣは、前記パッケージの長手方向に第１の光ファイバを接続するための光導波路を備え、前記光機能部材に形成された光導波路の導波路面とは反対の面で前記光機能部材と接続され、前記光機能部材に形成された光導波路の一方の導波路端部と、前記ＰＬＣに形成された光導波路の一方の導波路端部との間に、それぞれの光導波路を光学的に結合する折り返し機構が設けられ、前記ＰＬＣの光導波路と前記第１の光ファイバとは、前記ＰＬＣの光導波路の他方の導波路端部であって、前記折り返し機構が設けられた導波路端部とは反対側の導波路端部において接続され、前記光機能部材に形成された光導波路の他方の導波路端部において、前記光機能部材に形成された光導波路と第２の光ファイバとが接続され、前記第１および第２の光ファイバは、前記光機能部材の他方の導波路端部と前記パッケージの長手方向に対向する面から取り出されることを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、従来、石英ＰＬＣとパイプ部との間に設けていたファイバ余長部が不要となり、パッケージの長手方向の短尺化を図ることができる。

従来の石英−ＬＮ変調器の構成を示す上面図である。 従来の石英−ＬＮ変調器の構成を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態にかかる光モジュールの構成を示す図である。 光モジュールの折り返し機構の実施例を示す図である。 光モジュールの折り返し機構の他の実施例を示す図である。 本発明の第２の実施形態にかかる光モジュールの構成を示す図である。 本発明の第３，４の実施形態にかかる光モジュールの構成を示す図である。 本発明の第５の実施形態にかかる光モジュールの構成を示す図である。 マルチチップ集積デバイスをパッケージに収容する方法を説明するための図である。

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。本実施形態においては、石英−ＬＮ変調器を実装する光モジュールを例に説明するが、ＬＮ変調器の両端部または片端部に平面光波回路（ＰＬＣ）を接続した光機能部材が一体化されたマルチチップ集積デバイスであれば、これに限られない。

図３に、本発明の第１の実施形態にかかる光モジュールの構成を示す。石英−ＬＮ変調器１１０は、石英ＰＬＣ１１３ａ，１１３ｂを接続したＬＮ変調器１１２が一体化されたマルチチップ集積デバイスであり、パッケージ１１１に収容されている。石英ＰＬＣ１１３ａ，１１３ｂは、ＬＮ変調器１１２の両端部付近において、ＬＮ変調器１１２に形成された光導波路の導波路面（上面）とは反対の面（下面）に接続されている。図２に示した従来の構成と比較すると、ＬＮ変調器に接続された石英ＰＬＣを、ＬＮ変調器の端部において下面に折り込むように接続している。

石英ＰＬＣ１１３ａ，１１３ｂとＬＮ変調器１１２の導波路端部のそれぞれには、折り返し機構が設けられており、ＬＮ変調器１１２に形成された光導波路と石英ＰＬＣ１１３ａ，１１３ｂに形成された光導波路とが、光学的に結合されている。石英ＰＬＣ１１３ａ，１１３ｂに形成された光導波路は、折り返し機構が設けられた導波路端部の反対側の導波路端部において、ファイバ接続部品１２０ａ，１２０ｂを介して、光ファイバ１１４ａ，１１４ｂと接続される。

光ファイバ１１４ａは、石英ＰＬＣ１１３ｂとの接続部品であるファイバ接続部品１２０ｂと、対向する遠い方のパイプ部１２２ａとに固定され、光ファイバ１１４ｂは、ファイバ接続部品１２０ａと、対向する遠い方のパイプ部１２２ｂに固定される。その結果、光ファイバ１１４ａ，１１４ｂは、パッケージ１１１の長手方向で対向するそれぞれの面から取り出される。

従来は、石英ＰＬＣにおいて、石英−ＬＮ変調器の接続面と、ファイバ接続部品の接続面とが対向する別々の面（ＰＬＣ両端に存在）であった。第１の実施形態では、ＬＮ変調器の下面に接続された石英ＰＬＣによって形成された空間において、ファイバ接続部品を、石英ＰＬＣと接続することにより、以下のような顕著な作用効果を奏する。

（１）後述する折り返し機構により、従来、石英ＰＬＣとパイプ部との間に設けていたファイバ余長部が不要となる上に、ＬＮ変調器と同一平面上に接続されていた石英ＰＬＣが、ＬＮ変調器の下面に設置されるので、パッケージの長手方向の短尺化を図ることができる。例えば、一実施例では、１４０ｍｍ程度のパッケージを１００ｍｍ程度に短縮することができる。

（２）従来、出来る限りファイバ接続部品の大きさを小さくするために、光ファイバを小型のキャピラリと一体化した小型のファイバ接続部品などにより接続することが行われていた（例えば、特許文献１、非特許文献１参照）。第１の実施形態によれば、ファイバ接続部品の長さは、パッケージの長さに影響を与えないため、小型部品で接続する必要がない。また、小型部品で接続するためには、信頼性を確保するための複雑な設計と実装作業が必要であったが、第１の実施形態によれば、その必要もなく、信頼性を維持することができる。

（３）パッケージ１１１の内部において、光ファイバ１１４ａ，１１４ｂを固定する２カ所の接続点の間の距離が必然的に長くなり、光ファイバの座屈量を減らしたり、座屈の曲げ半径を大きくすることができる。このように余長を十分に確保することができるので、熱変動による機械的信頼性の確保が容易となる。

（４）光ファイバ接続部品をパッケージの内側の方向に向かって取り付ける方法として、例えば、ＬＮ変調器と光ファイバ接続部品の２つを、石英ＰＬＣの同一平面上に並べることが考えられる。この方法では、石英ＰＬＣにおける接続平面の幅を、その分広くとる必要がある。しかし、第１の実施形態によれば、三次元的な構成により石英ＰＬＣをＬＮ変調器の下側に設置することから、石英ＰＬＣの幅を広くとる必要がない。このことは、ＬＮ変調器の横幅を現状より狭くすれば、石英ＰＬＣも、その優れた加工性から容易に幅を狭くできるので、パッケージの横幅（パッケージの長手方向に対して直角方向）についても、さらに短尺化を図ることができる。

（５）従来、石英ＰＬＣとＬＮ変調器との接続においては、接着面積を確保して接続を強固にするために、ガラスブロックからなる補強材を設けていた。第１の実施形態によれば、石英ＰＬＣとＬＮ変調器との接続は、図３に示す通り、十分な接着面積を有するので、補強材を設ける必要がない。

第１の実施形態で示したように、光機能部材としてＬＮ変調器を用いると、パッケージが短尺化されるが、機能面において劣ることはなく、従来のパッケージサイズの場合と同等の変調機能を有するマルチチップ集積デバイスを実現できることが確認された。すなわち、変調機能はもちろんのこと、従来のパッケージサイズの場合と比べても遜色ない光損失、消光比などの光導波特性が実現できることが確認された。

本実施形態では、光機能部材としては、ＬＮ以外の誘電材料、例えば、ＬｉＴａＯ₃（以下、「ＬＴ」という）からなるＬＴ変調器を用いても、同等の短尺化および変調機能を実現することができる。さらに、半導体材料であるＧａＮからなるＧａＮ変調器、ＩｎＰからなるＩｎＰ変調器を用いても、それらの高いＥＯ効率を活かしたまま、同等の作用効果を得ること、および、有機ＥＯ材料を用いても、その高速応答性の利点を低減させることなく、同等の作用効果を得ることができる。

光機能部材は、第１の実施形態で示した変調機能に限られず、例えば、有機材料、半導体材料からなるＥＯスイッチ導波路や光−光スイッチ導波路、Ｓｉからなる熱光学スイッチ導波路を用いることもできる。これらの場合でも、光スイッチ機能を維持したまま、パッケージの長手方向の短尺化を図ることが可能である。

図４に、光モジュールの折り返し機構の実施例を示す。図４（ａ）は、第１実施例であり、第１の実施形態で示した光モジュールのＬＮ変調器１１２の右端部を拡大した図である。ＬＮ変調器１１２の端面と石英ＰＬＣ１１３ｂの端面とは、それぞれ４５度の角度で研削され、光学研磨されている。すなわち端面１３３，１３４は、４５度ミラーを形成している。これにより、ＬＮ変調器１１２に形成された光導波路１３１と石英ＰＬＣ１１３ｂに形成された光導波路１３２とが光学的に結合される。なお、４５度ミラーの反射率を向上させるために、端面１３３，１３４に金属膜を蒸着しておくこともできる。

図４（ｂ）に、第２の実施例にかかる折り返し機構を示す。ＬＮ変調器２１２の端部と石英ＰＬＣ２１３の端部とに、それぞれ４５度の斜面を有するＶ溝２３３，２３４を形成する。Ｖ溝２３３，２３４の斜面により、４５度ミラーを形成し、ＬＮ変調器２１２に形成された光導波路２３１と石英ＰＬＣ２１３に形成された光導波路２３２とを光学的に結合する。第１の実施形態と同様に、Ｖ溝２３３，２３４に金属膜を蒸着しておくこともできる。

図４（ｃ）に、第３の実施例にかかる折り返し機構を示す。ＬＮ変調器３１２の端部と石英ＰＬＣ３１３の端部とに対向する位置に、金属膜が蒸着された４５度の斜面を有するガラスブロック３３５を固定する。ガラスブロック３３５の斜面は、４５度ミラーを形成し、ＬＮ変調器３１２に形成された光導波路３３１と石英ＰＬＣ３１３に形成された光導波路３３２とを光学的に結合する。

図５に、光モジュールの折り返し機構の他の実施例を示す図である。図５（ａ）は、図４（ａ）に示した第１実施例において、さらに石英ＰＬＣ１１３ｂに集光レンズ１３５を形成した例である。石英ＰＬＣの導波路端面とＬＮ変調器の導波路端面の距離が大きくなることに伴って、光導波路から出射されたビームが拡がり、入射側の光導波路との光学的な結合特性が劣化する。そこで、集光レンズを設けて、入射側の光導波路端面にビームを集光させ、結合特性の向上を図る。集光レンズの他に、モードフィールド径変換用のレンズを形成したり、光学フィルタを挿入することもできる。

図５（ｂ）は、図４（ａ）に示した第１実施例において、石英ＰＬＣ１１３ｂの上面、ＬＮ変調器１１２と接する面の一部を切削した例である。ＬＮ変調器１１２と石英ＰＬＣ１１３ｂとの接続部の面積を、両者の接着のための補強材が不要となる程度を限界として、第１実施例の場合と比較して小さくした形態である。ＬＮと石英ガラス系材料とは、熱膨張係数の差が大きいので、温度変化による形状変化に伴って、ＬＮ変調器１１２と石英ＰＬＣ１１３ｂとの接続部に応力が集中する。そこで、接続部の面積を小さくすることにより、形状変化に伴う歪や破断を抑制することができる。

図６に、本発明の第２の実施形態にかかる光モジュールの構成を示す。石英−ＬＮ変調器４１０は、石英ＰＬＣ４１３，４１６を接続したＬＮ変調器４１２が一体化されたマルチチップ集積デバイスであり、パッケージ４１１に収容されている。石英ＰＬＣ４１３，４１６は、ＬＮ変調器４１２の両端部付近において、ＬＮ変調器４１２に形成された光導波路の導波路面（上面）とは反対の面（下面）に接続されている。図２に示した従来の構成と比較すると、ＬＮ変調器に接続された石英ＰＬＣを、ＬＮ変調器の端部において下面に折り込むように接続している。

石英ＰＬＣ４１３，４１６とＬＮ変調器４１２の導波路端部のそれぞれには、折り返し機構が設けられており、ＬＮ変調器４１２に形成された光導波路と石英ＰＬＣ４１３，４１６に形成された光導波路とが、光学的に結合されている。石英ＰＬＣ４１３に形成された光導波路は、折り返し機構が設けられた導波路端部の反対側の導波路端部において、ファイバ接続部品４２０を介して、光ファイバ４１４ａ，４１４ｂと接続される。石英ＰＬＣ４１６には、ＬＮ変調器４１２に形成された２本の光導波路を、折り返して接続するための光導波路が形成されている。

このような構成により、第１の実施形態で示した（１）−（５）の作用効果を奏することができる。また、パッケージ４１１の同一面から２本の光ファイバ４１４ａ，４１４ｂを取り出すことができるので、通信装置内のボードに搭載する際に実装上の制約を緩和することができる。

さらに、石英ＰＬＣ４１６による折り返し接続により、変調動作を行うためのＬＮ変調器４１２の光導波路の実効的作用長を２倍にすることができる。加えて、石英ＰＬＣと光ファイバとの接続を、１カ所のファイバ接続部品で接続できるので、さらに製造コストの低減も図ることができる。

図７に、本発明の第３，４の実施形態にかかる光モジュールの構成を示す。図７（ａ）に示した第３の実施形態においては、第１の実施形態に示した光モジュールの２本の光ファイバ５１４ａ，５１４ｂの取り出し口を、パッケージ５１１の長手方向に対向する面（第１面）ではなく、第１面に接する側面（第２面）に設けている。図７（ｂ）に示した第４の実施形態においては、第２の実施形態に示した光モジュールの２本の光ファイバ６１４ａ，６１４ｂの取り出し口を、パッケージ６１１の長手方向の一方の面（第１面）ではなく、第１面に接する側面（第２面）に設けている。

この構成によれば、第１，２の実施形態と比較して、さらにパッケージのパイプ部にかかる部分の長さを短縮することができる。また、通信装置内のボードに搭載する際に、他のデバイスとの接続において、光ファィバの余長処理が容易になり、実装上の制約を緩和することができる。

図８に、本発明の第５の実施形態にかかる光モジュールの構成を示す。石英−ＬＮ変調器７１０は、石英ＰＬＣ７１３とＬＮ変調器７１２とが接続されて一体化されたマルチチップ集積デバイスであり、パッケージ７１１に収容されている。石英ＰＬＣ７１３は、ＬＮ変調器７１２の片端部付近において、ＬＮ変調器７１２に形成された光導波路の導波路面（上面）とは反対の面（下面）に接続されている。石英ＰＬＣ７１３とＬＮ変調器７１２の導波路端部のそれぞれには、折り返し機構が設けられており、ＬＮ変調器７１２に形成された光導波路と石英ＰＬＣ７１３に形成された光導波路とが、光学的に結合されている。ＬＮ導波路７１２において、石英ＰＬＣ７１３と光学的に接続している面と対向する端面には、ファイバ接続部品７２０ｂと一体化した光ファイバ７１４ｂが接続されている。２本の光ファイバ７１４ａ，７１４ｂは、パイプ部７２２から取り出される。支持台７１５は、石英ガラス等からなり、ＬＮ変調器７１２をパッケージ７１１に固定するための部材であり、石英ＰＬＣ７１３と同じ高さを有している。

従来の２チップ型のマルチチップ集積モジュールにおいては、ＬＮ変調器の両端部に石英ＰＬＣが接続され、それぞれの石英ＰＬＣにおいて、ＬＮ変調器が接続された端面とは反対の接続端面に光ファイバを接続していたので、パッケージの長手方向で対向する面から、２本の光ファイバをそれぞれ取り出す必要があった。第５の実施形態によれば、以下のような作用効果を奏することができる。

（１）従来、石英ＰＬＣとパイプ部との間に設けていたファイバ余長部の一方が不要となる上に、ＬＮ変調器と同一平面上に接続されていた石英ＰＬＣが、ＬＮ変調器の下面に設置されるので、パッケージの長手方向の短尺化、すなわちパッケージの小型化を図ることができる。例えば、一実施例では、従来の２チップ型のマルチチップ集積モジュールを収容するパッケージの長さを、１３０ｍｍから１１０ｍｍ程度に短縮することができる。

（２）第５の実施形態によれば、第１の実施形態で示した（２）、（４）、（５）と同じ効果を奏することができる。第１の実施形態で示した（３）の効果に関しても、光ファイバ７１４ａを固定する接続点間の距離が必然的に長くなり、光ファイバの座屈量を減らしたり、座屈の曲げ半径を大きくすることができる。

（３）パッケージ７１１のパイプ部７２２が１カ所であり、パッケージ７１１の同一面から２本の光ファイバ７１４ａ，７１４ｂを取り出すことができる。従って、石英−ＬＮ変調器７１０を通信装置内のボードに搭載する際、他のデバイスとの接続において、実装上の制約を緩和することができる。

次に、図９を参照して、第１〜４の実施形態のマルチチップ集積デバイスをパッケージに収容する方法について説明する。第１〜４の実施形態においては、パッケージの材料としてステンレス（例えば、ＳＵＳ３０３）を用いる。この場合、石英ガラス系材料とステンレスとの熱膨張係数の差は大きいことから、熱応力の問題により、石英ＰＬＣを、パッケージの底面に直接固定することは好ましくない。そこで、図９（ａ）に示すように、石英ＰＬＣ８１３ａ，８１３ｂを接続したＬＮ変調器８１２が一体化されたマルチチップ集積デバイスを、支持台８４１に固定し、この支持台８４１をパッケージの底面に固定する。支持台８４１は、ＬＮからなり、ＬＮ変調器８１２と同じ長さを有する。

この構成によれば、ＬＮ変調器８１２と支持台８４１とが、温度変化に伴って、同じ分量の熱膨張を行うことから位置ずれが生じない。ただし、石英ＰＬＣ８１３ａ、８１４ｂと支持台８４１との熱膨張係数が異なることから、石英ＰＬＣ８１３ａ、８１４ｂと支持台８４１との接着面積を、最小限にすることが重要である。支持台８４１とパッケージ８１１との熱膨張係数も若干ながら異なることから、両者の接着面積も最少にすることが好ましい。

図９（ｂ）に示すように、石英ＰＬＣ９１３ａ，９１３ｂを、ステンレス（例えば、ＳＵＳ３０３）からなる支持台９４２を介して、ＬＮ変調器９１２と一体化することができる。支持台９４２は、パッケージ９１１の底面に設けた凸型の支持台９４１の上に固定されている。石英ＰＬＣ９１３ａ，９１３ｂは、支持台９４２にのみ接着されており、パッケージ９１１とは接着しない。

この構成によれば、支持台９４２が強固である上に、ステンレスとＬＮ変調器９１２との熱膨張係数がほぼ同じであることから、両者の位置ずれを小さく抑えることができる。また、石英ＰＬＣ９１３ａ，９１３ｂは、パッケージ９１１の底面上を摺動することができるので、熱応力の影響を抑制することができる。一方、ＬＮ変調器９１２と石英ＰＬＣ９１３ａ、９１４ｂとの距離が、支持台９４２の厚さの分だけ遠くなり、ビーム拡がりの問題が生じうる。この問題は、図５（ａ）で示したような集光レンズを設けることにより容易に解決しうる。従って、支持台９４２に強固に固定できるメリットは、ビーム拡がりの問題を補って余りある。

また、支持台９４１を、パッケージ９１１とは別個の部材とし、材質を石英ＰＬＣと同一にすることもできる。両者の熱膨張係数が同じであり、かつ、厚みも同一であることから、縦方向への変位が同一となる結果、石英ＰＬＣ９１３ａ、９１３ｂが、パッケージ９１１の底面から浮いてしまうことはない。逆に、石英ＰＬＣ９１３ａ、９１３ｂが、パッケージ９１１と支持台９４２との間で圧力をうけることも起こらない。

図９（ｃ）に示すように、パッケージ１０１１の底面に、石英ガラスからなる支持台１０４１を設置し、この上にＬＮ変調器１０１２を固定することもできる。熱応力の問題から、支持台１０４１とＬＮ変調器１０１２との接着面積は最小限とし、石英ＰＬＣ１０１３ａ，１０１３ｂは、パッケージ１０１１の底面には固定しない。

この構成によれば、温度変化による形状変化が起こっても、支持柱１０４１と石英ＰＬＣ１０１３ａ，１０１３ｂとの熱膨張係数が同じであり、かつ、厚みも同一であることから、縦方向への変位が同一となる。すなわち、ＬＮ変調器１０１２を、水平に保ったまま上方に持ち上げたり、または下方に引き下げるように動かすので、ＬＮ変調器１０１２には、撓みを生じさせないようにすることができる。

加えて、石英ＰＬＣ１０１３ａ，１０１３ｂは、パッケージ１０１１に固定されていないので、温度変化が起こっても、パッケージ１０１１の底面上を摺動するだけであり、熱応力の影響を抑制することができる。

なお、第５の実施形態におけるマルチチップ集積デバイスのパッケージへの収容についても、図９と同じ構成を採ることができる。すなわち、第５の実施形態では、第１〜４の実施形態のマルチチップ集積デバイスにおいて、２つの石英ＰＬＣのうち、１つの石英ＰＬＣの代わりに、同じ大きさ、材質からなる支持台を使用すると考えれば、図９と同様の構成とすることができる。

１０，１１０，４１０，５１０，６１０，７１０，８１０，９１０，１０１０ 石英−ＬＮ変調器
１１，１１１，４１１，５１１，６１１，７１１，８１１，９１１，１０１１ パッケージ
１２，１１２，２１２，３１２，４１２，５１２，６１２，７１２，８１２，９１２，１０１２ ＬＮ変調器
１３，１１３，２１３，３１３，４１３，４１６，７１３，８１３，９１３，１０１３ 石英ＰＬＣ
１４，１１４，２１４，３１４，４１４，５１４，６１４，７１４ 光ファイバ
２０，１２０，２２０，３２０，４２０ ファイバ接続部品
２１，１２１，２２１，３２１，４２１ 接続用端面
２２，１２２，４２２，５２２，６２２，７２２ パイプ部
２３ ファイバ余長部
１３５ 集光レンズ
７１５，８４１，９４１，９４２，１０４１ 支持台

Claims (12)

1. 平面光波回路（ＰＬＣ）と光機能部材とから構成されたマルチチップ集積デバイスを、前記光機能部材の光導波路の光軸方向がパッケージの長手方向となるように収容した光モジュールにおいて、
   前記ＰＬＣは、前記パッケージの長手方向に光ファイバを接続するための光導波路を備え、前記光機能部材に形成された光導波路の導波路面とは反対の面で前記光機能部材と接続され、
   前記光機能部材に形成された光導波路の一方の導波路端部と、前記ＰＬＣに形成された光導波路の一方の導波路端部との間に、それぞれの光導波路を光学的に結合する折り返し機構が設けられ、
   前記ＰＬＣの光導波路と前記光ファイバとは、前記ＰＬＣの光導波路の他方の導波路端部であって、前記折り返し機構が設けられた導波路端部とは反対側の導波路端部において接続され、前記光ファイバは、前記ＰＬＣの他方の導波路端部と前記パッケージの長手方向に対向する面から取り出されることを特徴とする光モジュール。
2. 両端部に平面光波回路（ＰＬＣ）を接続した光機能部材により構成されたマルチチップ集積デバイスを、前記光機能部材の光導波路の光軸方向がパッケージの長手方向となるように収容した光モジュールにおいて、
   第１および第２のＰＬＣは、前記パッケージの長手方向に光ファイバを接続するための光導波路を備え、前記光機能部材に形成された光導波路の導波路面とは反対の面で前記光機能部材と接続され、
   前記光機能部材に形成された光導波路の一方の導波路端部と、前記第１および第２のＰＬＣに形成された光導波路の一方の導波路端部との間に、それぞれの光導波路を光学的に結合する折り返し機構が設けられ、
   前記第１のＰＬＣには、前記光機能部材に形成された２本の光導波路を折り返し接続する光導波路が形成され、
   前記第２のＰＬＣには、前記光機能部材に形成された２本の光導波路と２本の光ファイバとをそれぞれ接続するための２本の光導波路が形成され、
   前記第２のＰＬＣの２本の光導波路と前記２本の光ファイバとは、前記第２のＰＬＣの光導波路の他方の導波路端部であって、前記折り返し機構が設けられた導波路端部とは反対側の導波路端部において接続され、前記２本の光ファイバは、前記第２のＰＬＣの他方の導波路端部と前記パッケージの長手方向に対向する面から取り出されることを特徴とする光モジュール。
3. 前記折り返し機構は、前記光機能部材に形成された光導波路の一方の導波路端部と、前記ＰＬＣに形成された光導波路の一方の導波路端部とが、４５度の角度で研削されたミラーである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. 前記折り返し機構は、前記光機能部材に形成された光導波路の一方の導波路端部と、前記ＰＬＣに形成された光導波路の一方の導波路端部に形成されたＶ溝である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。
5. 前記光ファイバは、前記パッケージの長手方向に対向する第１の面と接する第２の面から取り出される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。
6. 平面光波回路（ＰＬＣ）と光機能部材とから構成されたマルチチップ集積デバイスを、前記光機能部材の光導波路の光軸方向がパッケージの長手方向となるように収容した光モジュールにおいて、
   前記ＰＬＣは、前記パッケージの長手方向に第１の光ファイバを接続するための光導波路を備え、前記光機能部材に形成された光導波路の導波路面とは反対の面で前記光機能部材と接続され、
   前記光機能部材に形成された光導波路の一方の導波路端部と、前記ＰＬＣに形成された光導波路の一方の導波路端部との間に、それぞれの光導波路を光学的に結合する折り返し機構が設けられ、
   前記ＰＬＣの光導波路と前記第１の光ファイバとは、前記ＰＬＣの光導波路の他方の導波路端部であって、前記折り返し機構が設けられた導波路端部とは反対側の導波路端部において接続され、
   前記光機能部材に形成された光導波路の他方の導波路端部において、前記光機能部材に形成された光導波路と第２の光ファイバとが接続され、
   前記第１および第２の光ファイバは、前記光機能部材の他方の導波路端部と前記パッケージの長手方向に対向する面から取り出されることを特徴とする光モジュール。
7. 前記光機能部材の他方の導波路端部であって、前記光機能部材に形成された光導波路の導波路面とは反対の面に、前記ＰＬＣと同じ高さの支持台が接続されていることを特徴とする請求項６に記載の光モジュール。
8. 前記ＰＬＣは、支持台を介して前記パッケージの底面に固定されており、前記支持台の熱膨張係数と前記光機能部材の熱膨張係数とが等しいことを特徴とする請求項１、２または６に記載の光モジュール。
9. 前記ＰＬＣと前記光機能部材とは、支持台を介して固定されており、前記支持台が前記パッケージの底面に形成された支持台に固定されていることを特徴とする請求項１、２または６に記載の光モジュール。
10. 前記光機能部材は、前記ＰＬＣと熱膨張係数を等しくする支持台により、前記パッケージの底面に固定されていることを特徴とする請求項１、２または６に記載の光モジュール。
11. 前記光機能部材は、石英ガラス系材料、誘電体材料、半導体材料または有機材料のうちのいずれかであることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれかに記載の光モジュール。
12. 前記ＰＬＣは石英ガラス系材料からなり、前記光機能部材はＬｉＮｂＯ３であり、前記マルチチップ集積デバイスは光変調器であることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれかに記載の光モジュール。

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