JP5966201B2 - 光伝送モジュール - Google Patents

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Description

本発明は、光伝送モジュールに関し、より特定的には、電気信号を光信号に変換して伝送する光伝送モジュールに関する。
従来のレセプタクルとしては、例えば、特許文献1に記載の光結合器が知られている。図17は、特許文献1に記載の光結合器の分解斜視図である。
光結合器500は、図17に示すように、光コネクタ510A及び光通信モジュール510Bを備えている。また、光コネクタ510Aは、複数本の光ファイバ502Aからなる光ファイバアレイ520A、光導波路504A、レンズ基板530Aを備えている。さらに、光通信モジュール510Bは、光コネクタ510Aを接続するためのレンズ筐体560、及び垂直共振器面発光レーザ(以下、VCSELと称す)であるVCSEL505を備えている。なお、光通信モジュール510Bでは、光ファイバ502Aの本数と同数のVCSEL505が一つの素子内に組み合わされたレーザアレイが用いられている。
光通信モジュール510Bでは、VCSEL505により電気信号を光信号に変換する。変換された光信号は、複数のVCSEL505から出射され、光コネクタ510Aのレンズ基板530A及び光導波路504Aを介して光ファイバアレイ520Aに伝えられる。
しかしながら、光結合器500のようにVCSEL505のレーザアレイを用いた場合、各VCSEL505間で十分にアイソレーションをとることができないという問題がある。これについて、特許文献2に記載のVCSEL600を例に詳細を説明する。図18は、特許文献2に記載のVCSELの断面図である。
VCSEL600の概略的な構造は、図18に示すように、裏面にカソード電極630が形成されたN型半導体基板612の上に、第1DBR(多層分布ブラッグ反射器)層614が形成されている。第1DBR層614の上層には第1スペーサ層616が形成されている。第1スペーサ層616の上層には、量子井戸を備える活性層618が形成されている。活性層618の上層には、第2スペーサ層620が形成されている。第2スペーサ層620の上層には、第2DBR層622が形成されている。第2DBR層622の上層には、アノード電極628が形成されている。そして、アノード電極628とカソード電極630との間に駆動信号が印加されることで、基板に垂直な(積層方向に平行な)方向へ鋭い指向性を有するレーザが発生する。
上述した一つのN型半導体基板612上に複数のVCSEL600を形成(アレイ化)すると、各VCSEL600に与える各駆動信号が、N型半導体基板612内に漏洩する。これにより、各VCSEL600間で駆動信号のクロストークが発生する。従って、各VCSEL600間で十分にアイソレーションをとることができない。
特開2008−158001号公報 特表2003−508928号公報
そこで、本発明の目的は、各VCSEL間のアイソレーションを確保できる光伝送モジュールを提供することである。
本発明の一の形態に係る光伝送モジュールは、レセプタクルと、光ファイバーの一端に設けられたプラグと、を備え、前記レセプタクルは、複数の垂直共振器面発光レーザが一体化されてなる発光素子アレイと、複数の前記光ファイバーのコアと複数の前記垂直共振器面発光レーザとをそれぞれ光学的に結合させる位置決め部材と、キャップと、前記発光素子アレイが実装される実装基板と、を備え、前記発光素子アレイは、ベース基板と、該ベース基板の表面に形成された、N型半導体多層膜反射層、量子井戸を備える活性層及びP型半導体多層膜反射層を含む発光領域多層部と、前記P型半導体多層膜反射層に接続されるアノード用電極と、前記N型半導体多層膜反射層に接続されるカソード用電極と、を備え、前記ベース基板の少なくとも前記発光領域多層部側の所定部分が、半絶縁性半導体からなり、前記カソード用電極は、前記ベース基板の表面側に形成されており、前記発光領域多層部、前記アノード用電極及び前記カソード用電極からなる垂直共振器面発光レーザの組は、前記ベース基板に複数形成されており前記光ファイバーと前記発光素子アレイとを結ぶ光路は、前記位置決め部材を通過するとともに、該位置決め部材と前記プラグとの間において前記実装基板に平行であり、前記プラグは、前記位置決め部材の前記実装基板に平行な面に接触し、かつ、前記実装基板に接触しておらず、前記キャップは、前記プラグを前記位置決め部材の前記実装基板に平行な面に押し付けること、を特徴とする。
本発明に係る光伝送モジュールによれば、各VCSEL間のアイソレーションを確保できる。
本発明の一実施形態に係る光伝送モジュールの外観斜視図である。 本発明の一実施形態に係るレセプタクルの分解斜視図である。 本発明の一実施形態に係るレセプタクルから金属キャップ及び位置決め部材を除いた外観斜視図である。 本発明の一実施形態に係る発光素子アレイをz軸方向の正方向側から平面視した図である。 図4に記載の発光素子アレイのA−A又はB−Bにおける断面図である。 本発明の一実施形態に係るレセプタクルから金属キャップを除いた状態の外観斜視図である。 本発明の一実施形態に係る位置決め部材の外観斜視図である。 本発明の一実施形態に係る位置決め部材をz軸方向の負方向側から平面視した図である。 図7に記載の位置決め部材のC−C又はD−Dにおける断面に、本発明の一実施形態に係る実装基板及びプラグを追加した図である。 本発明の一実施形態に係る金属キャップの外観斜視図である。 本発明の一実施形態に係るプラグの外観斜視図である。 本発明の一実施形態に係るプラグをz軸方向の負方向側から平面視した図である。 本発明の一実施形態に係るレセプタクルの製造工程の図である。 従来のレセプタクル及びプラグの断面図である。 従来のレセプタクルの製造工程の図である。 本発明の一実施形態の変形例に係る位置決め部材の断面に、本発明の一実施形態に係る実装基板及びプラグを追加した図である。 特許文献1に記載の光結合器の分解斜視図である。 特許文献2に記載のVCSELの断面図である。
以下に、本発明の一実施形態に係るレセプタクル、光伝送モジュール及びその製造方法について説明する。
(光伝送モジュールの構成)
以下に、本発明の実施形態に係るレセプタクル及び光伝送モジュールの構成について、図面を参照しながら説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る光伝送モジュール10の外観斜視図である。図2は、本発明の一実施形態に係るレセプタクル20の分解斜視図である。図3は、本発明の一実施形態に係るレセプタクル20から金属キャップ30及び位置決め部材200を除いた外観斜視図である。なお、光伝送モジュール10の上下方向をz軸方向と定義し、z軸方向から平面視したときに、光伝送モジュール10の長辺に沿った方向をx軸方向と定義する。さらに、光伝送モジュール10の短辺に沿った方向をy軸方向と定義する。x軸、y軸及びz軸は互いに直交している。
光伝送モジュール10は、図1に示すように、レセプタクル20及びプラグ40を備えている。なお、プラグ40は、レセプタクル20に接続される。
レセプタクル20は、図2に示すように、金属キャップ30、受光素子アレイ50、発光素子アレイ100、位置決め部材200、実装基板22及び封止樹脂24を備えている。
実装基板22は、図3に示すように、z軸方向から平面視したとき、矩形状を成している。また、実装基板22のz軸方向の負方向側の面(以下で「z軸方向の負方向側の面」を、裏面と称す)には、光伝送モジュール10を回路基板に実装する際に、回路基板のランドと接触する表面実装用電極E1(図3には図示せず)が設けられている。
実装基板22のz軸方向の正方向側の面(以下「z軸方向の正方向側の面」を、表面と称す)において、x軸方向の負方向側に位置する辺L1とy軸方向の負方向側に位置する辺L2とが成す角の近傍には、実装基板22内に設けられたグランド導体の一部が露出しているグランド導体露出部E2が設けられている。グランド導体露出部E2は、z軸方向の正方向側から平面視したとき、x軸方向を長辺とする長方形状を成している。
さらに、実装基板22の表面において、x軸方向の負方向側に位置する辺L1とy軸方向の正方向側に位置する辺L3とが成す角の近傍には、実装基板22内に設けられたグランド導体の一部が露出しているグランド導体露出部E3が設けられている。グランド導体露出部E3は、z軸方向の正方向側から平面視したとき、x軸方向を長辺とする長方形状を成している。
受光素子アレイ50及び発光素子アレイ100は、実装基板22の表面におけるx軸方向の正方向側の部分に設けられている。受光素子アレイ50は、光信号を電気信号に変換する複数のフォトダイオードを含んだ素子である。発光素子アレイ100は、電気信号を光信号に変換する複数のダイオードを含んだ素子である。
また、駆動回路26は、実装基板22の表面におけるx軸方向の正方向側の部分において、受光素子アレイ50及び発光素子アレイ100よりもx軸方向の正方向側に設けられている。駆動回路26は、受光素子アレイ50及び発光素子アレイ100を駆動するための半導体回路素子である。
また、駆動回路26は、図3に示すように、z軸方向から平面視したとき、y軸方向に平行な長辺を有する矩形状を成している。駆動回路26と受光素子アレイ50とは、ワイヤーUを介してワイヤーボンディングにより接続されている。また、駆動回路26と発光素子アレイ100とは、ワイヤーUを介してワイヤーボンディングにより接続されている。これにより、駆動回路26からの電気信号が、ワイヤーUを介して発光素子アレイ100に伝送され、受光素子アレイ50からの電気信号が、ワイヤーUを介して駆動回路26に伝送される
封止樹脂24は、図3に示すように、封止部24a及び脚部24b〜24eを備えており、エポキシ樹脂などの透明な樹脂からなる。封止部24aは、略直方体状をなしており、実装基板22の表面におけるx軸方向の正方向側の部分に設けられている。封止部24aは、受光素子アレイ50、発光素子アレイ100及び駆動回路26を覆っている。
脚部24b,24cは、x軸方向の負方向側から正方向側にこの順に並ぶように、間隔を空けて設けられている。脚部24b,24cは、封止部24aのy軸方向の負方向側の面から、実装基板22の辺L2に向かって突出する直方体状の部材である。また、脚部24bと脚部24cとの間には、後述する金属キャップ30の凸部C3が嵌め込まれる空間H1が設けられている。
脚部24d,24eは、x軸方向の負方向側から正方向側にこの順に並ぶように、間隔を空けて設けられている。脚部24d,24eは、封止部24aのy軸方向の正方向側の面から、実装基板22の辺L3に向けて突出する直方体状の部材である。また、脚部24dと脚部24eとの間には、後述する金属キャップ30の凸部C6が嵌めこまれる空間H2が設けられている。
(発光素子アレイの構成)
次に、発光素子アレイ100について、図面を参照しながら説明する。図4は、本発明の一実施形態に係る発光素子アレイ100をz軸方向の正方向側から平面視した図である。図5は、図4に記載の発光素子アレイ100のA−A又はB−Bにおける断面図である。なお、本実施形態では、2つのVCSEL100A,100Bのみが記載されているが、本願発明の発光素子アレイ100を構成するVCSELの個数は、これに限るものではない。
発光素子アレイ100は、図4に示すように、2つのVCSEL100A,100Bを備えている。すなわち、VCSEL100A,100Bが一体化してアレイ化されており、VCSEL100A,100Bはそれぞれ独立に駆動する。また、各VCSEL100A,100Bからは、z軸方向の正方向側に向かって、レーザービームB1が出射される。2つのVCSEL100A,100Bは、図5に示すように、共通のベース基板128の表面に設けられている。
ベース基板128は、半絶縁性半導体からなり、具体的には、GaAsを材料とする基板からなる。ベース基板128は、抵抗率が1.0×107Ω・cm以上であることが好ましい。このような抵抗率の半絶縁性半導体からなるベース基板128を用いることにより、VCSEL100AとVCSEL100Bとの間のアイソレーションをより高く確保することができる。
ベース基板128の表面には、図5に示すように、N型半導体コンタクト層130が積層されている。N型半導体コンタクト層130は、VCSEL100A,100Bのそれぞれに一つずつ設けられている。そして、VCSEL100AのN型半導体コンタクト層130とVCSEL100BのN型半導体コンタクト層130とは互いに絶縁されている。なお、N型半導体コンタクト層130は、N型の導電性を有する化合物半導体から成る。
N型半導体コンタクト層130の表面には、図5に示すように、N型半導体多層膜反射層(以下で、N型DBR層と称す)132が積層されている。また、N型DBR層132には、z軸方向の正方向側から平面視したとき、円弧状の溝Wが設けられている。溝Wは、VCSEL100A,100Bそれぞれの中央付近x軸方向の負方向側において半周している。溝Wの底部は、N型半導体コンタクト層130の表面まで到達している。N型DBR層132は、AlGaAsからなり、Gaに対するAlの組成比率が異なる層を複数積層して構成されている。これにより、N型DBR層132は、所定周波数のレーザ光を発生するための第1の反射器として機能する。なお、N型DBR層132は、N型半導体コンタクト層を兼ねてもよい。すなわち、N型半導体コンタクト層は必須ではない。
N型DBR層132の表面には、図5に示すように、N型半導体クラッド層134が積層されている。N型半導体クラッド層134は、z軸方向から平面視したときに、VCSEL100A,100Bの中心に設けられており、円形をなしている。各N型半導体クラッド層134同士は、互いに絶縁されている。N型半導体クラッド層134は、AlGaAsからなる。
N型半導体クラッド層134の表面には、図5に示すように、活性層136が設けられている。また、活性層136は、GaAs及びAlGaAsからなる。また、GaAs層は、AlGaAs層に挟まれて設けられている。なお、AlGaAsのエネルギー禁止帯幅は、GaAsよりも大きい。また、GaAsの屈折率は、AlGaAsよりも大きい。
活性層136の表面には、図5に示すように、P型半導体クラッド層138が設けられている。P型半導体クラッド層138は、AlGaAsからなる。
P型半導体クラッド層138の表面には、図5に示すように、酸化狭窄層150が設けられている。酸化狭窄層150をz軸方向から平面視したとき、酸化狭窄層150の略中央には円形の孔152が設けられている。酸化狭窄層150は、AlGaAsからなる。
酸化狭窄層150の表面には、図5に示すように、P型半導体多層膜反射層(以下で、P型DBR層と称す)140が設けられている。また、P型DBR層140の一部は、酸化狭窄層に設けられた孔152内にも設けられ、P型半導体クラッド層138と接している。P型DBR層140は、AlGaAsからなり、Gaに対するAlの組成比率が異なる層を複数積層してなる。これにより、P型DBR層140は、所定周波数のレーザ光を発生するための第2の反射器として機能する。なお、P型DBR層140の反射率は、N型DBR層132よりも若干低い。ここでは、活性層を挟むように半導体クラッド層を設けたが、この構成に限るものではない。共振を発生させるような膜厚の層を活性層に設けてもよい。
P型DBR層140の表面には、図5に示すように、P型半導体コンタクト層142が積層されている。P型半導体コンタクト層142は、P型導電性を有する化合物半導体からなる。なお、P型DBR層は、P型半導体コンタクト層を兼ねてもよい。すなわち、P型半導体コンタクト層は必須ではない。
以上で述べた、N型半導体コンタクト層130、N型DBR層132、N型半導体クラッド層134、活性層136、P型半導体クラッド層138、P型DBR層140、P型半導体コンタクト層142によって、発光領域多層部160が構成される。
なお、各層の厚み及びGaに対するAlの組成比率は、光定在波分布の中心の腹の位置に1つの発光スペクトルピーク波長を有し、かつ、複数の量子井戸が配置されるように、設定される。これにより、発光領域多層部160がVCSEL100A,100Bの発光部として機能する。さらに、図5に示すように、酸化狭窄層150を備えることで、電流を活性層136に効率よく注入でき、低消費電力のVCSEL100A,100Bを実現できる。
P型半導体コンタクト層142の表面には、図5に示すように、アノード用リング電極921が設けられている。アノード用リング電極921は、図4に示すように、z軸方向から平面視したとき、環状を成している。なお、アノード用電極は、必ずしも環状である必要はなく、例えば環状の一部が開いたC字状や矩形状であってもよい。
前述のN型DBR層132の溝Wには、図4及び図5に示すように、カソード用電極911が設けられている。なお、カソード用電極911は、図5に示すように、N型半導体コンタクト層130と接している。これにより、カソード用電極911は、N型半導体コンタクト層130と導通している。なお、カソード用電極911は、図4に示すように、z軸方向から平面視したとき、円弧状を成している。また、この円弧は、環状のアノード用リング電極921の環と略同心である。
絶縁膜162は、カソード用電極911及びアノード用リング電極921が設けられている部分を除いて、VCSEL100A,100Bの発光領域多層部160の表面を覆うように設けられている。また、絶縁膜162の材料は、例えば窒化ケイ素が挙げられる。
VCSEL100A,100Bにおけるx軸方向の正方向側の部分には、図4に示すように、絶縁層170が設けられている。また、絶縁層170は、図5に示すように、N型DBR層132を覆う絶縁膜162上に設けられている。絶縁層170は、図4に示すように、z軸方向から平面視たとき、y軸方向に長辺を有する矩形状を成している。なお、絶縁層170の材料としては、例えばポリイミドが挙げられる。
絶縁層170の表面におけるy軸方向の負方向側の部分には、図4に示すように、カソード用パッド電極912が、設けられている。カソード用パッド電極912は、カソード用配線電極913を介して、カソード用電極911に接続されている。
絶縁層170の表面におけるy軸方向の正方向側の部分には、図4に示すように、アノード用パッド電極922が設けられている。なお、アノード用パッド電極922とカソード用パッド電極912とは、所定の距離だけ離されて設けられている。アノード用パッド電極922は、アノード用配線電極923を介して、アノード用リング電極921に接続されている。
また、発光素子アレイ100には、図4及び図5に示すように、VCSEL100A,100Bを分割するための溝180が設けられている。溝180は、図4に示すように、z軸方向から平面視したとき、x軸方向及びy軸方向に平行な格子状に設けられた溝である。また、溝180は、図5に示すように、絶縁膜162、N型DBR層132及びN型半導体コンタクト層130を積層方向に貫通している。さらに、溝180の底部は、ベース基板128の表面から所定の深さまで達している。これにより、VCSEL100A,100Bが、N型半導体コンタクト層130を介して導通することを防ぐことができる。
以上のように構成された発光素子アレイ100の各VCSEL100A,100Bでは、アノード用パッド電極922からカソード用パッド電極912に向かって電流(駆動信号)を流すことにより、活性層136で誘導放出が起きる。誘導放出により活性層から放たれた光は、N型DBR層132及びP型DBR層140で反射され、活性層を往復する。往復する間に光は、誘導放出により増幅され、レーザービームとなってz軸方向の正方向側へと放出される。そして、VCSEL100AのN型半導体コンタクト層130とVCSEL100BのN型半導体コンタクト層130とが分離されているので、VCSEL100Aの駆動信号とVCSEL100Bの駆動信号との間でクロストークが発生することが抑制される。
(位置決め部材の構成)
次に、レセプタクル20について、図面を参照しながら説明する。図6は、本発明の一実施形態に係るレセプタクル20の外観斜視図である(金属キャップ30は図示せず)。図7は、本発明の一実施形態に係る位置決め部材200の外観斜視図である。図8は、本発明の一実施形態に係る位置決め部材200をz軸方向の負方向側から平面視した図である。図9は、図7に記載の位置決め部材200のC−C又はD−Dにおける断面に、本発明の一実施形態に係る実装基板22及びプラグ40を追加した図である。
位置決め部材200は、図6に示すように、実装基板22の表面及び封止樹脂24の略全体を覆うように、実装基板22及び封止樹脂24に跨って設けられている。また、位置決め部材200は、発光素子用の位置決め部材220と受光素子用の位置決め部材240とを備えている。位置決め部材220,240は、y軸方向の負方向側から正方向側に向かってこの順に並ぶように設けられている。なお、位置決め部材200は、例えばエポキシ系やナイロン系の樹脂により構成されている。
発光素子用の位置決め部材220は、図7及び図8に示すように、z軸方向から平面視したとき、矩形状を成している。さらに、位置決め部材220は、プラグガイド部222と光結合部224とを備えている。
プラグガイド部222は、図7に示すように、位置決め部材220におけるx軸の負方向側の部分を構成している。また、プラグガイド部222は、図8に示すように、z軸方向から平面視したとき、矩形状を成している板状部材である。さらに、プラグガイド部222のx軸方向の正方向側の端面S1は、図9に示すように、封止樹脂24のx軸方向の負方向側の面と対向している。従って、プラグガイド部222は、実装基板22上において封止樹脂24よりもx軸方向の負方向側に位置している。
また、プラグガイド部222の表面におけるy軸方向の略中央には、図7に示すように、後述するプラグ40をガイドするための溝G1がx軸と略平行に設けられている。なお、プラグガイド部222において、溝G1よりy軸方向の負方向側の部分を平坦部F1と称し、溝G1よりy軸方向の正方向側の部分を平坦部F2と称す。溝G1のz軸方向における実装基板22からの高さh1は、図9に示すように、封止樹脂24のz軸方向の高さh2よりも低い。
光結合部224は、図7乃至図9に示すように、位置決め部材220におけるx軸方向の正方向側の部分を構成し、封止樹脂24上に載置されている。
さらに、光結合部224は、図7に示すように、本体226及び突き当て部228を有している。本体226は直方体状を成している。突き当て部228は、本体226のx軸方向の負方向側の端面S2から、プラグガイド部222の平坦部F1に沿って、平坦部F1のx軸方向の略中央まで突出している。これにより、光結合部224は、z軸方向から平面視したときにL字型を成している。なお、突き当て部228のx軸方向の負方向側の端面を端面S3と称す。また、光結合部224には、凹部D1及び凸レンズ230が設けられている。
凹部D1は、図7に示すように、光結合部224のy軸方向の正方向側の辺近傍に設けられている。また、凹部D1は、z軸方向から平面視したとき、発光素子アレイ100と重なっている。さらに、凹部D1は、x軸方向から平面視したとき、後述するプラグ40に接続されている光ファイバー60の光軸と重なっている。なお、光ファイバー60の光軸は、x軸と平行である。また、凹部D1は、図7に示すように、z軸方向から平面視したとき、矩形状を成している。さらに、凹部D1は、図9に示すように、y軸方向から平面視したときにV字型をなしている。
凹部D1のx軸方向の負方向側の内周面は、全反射面R1である。全反射面R1は、図9に示すように、y軸に平行である。さらに、全反射面R1は、y軸方向の負方向側から平面視したとき、z軸に対して反時計回りに45°傾いている。また、位置決め部材200の屈折率は、空気よりも十分に大きい。従って、発光素子アレイ100からz軸方向の正方向側に出射されたレーザービームB1は、光結合部224に入射し、全反射面R1によりx軸方向の負方向側に全反射され、プラグ40を介して光ファイバー60へと進行する。このとき、レーザービームB1の光跡をy軸方向から平面視すると、発光素子アレイ100から出射されたレーザービームB1の光軸と全反射面R1とが成す角は45°であり、光ファイバー60に向かうレーザービームB1の光軸と全反射面R1とが成す角は45°である。すなわち、全反射面R1と光ファイバー60の光軸とが成す角度と、全反射面R1と発光素子アレイ100とが成す角度は等しい。
凸レンズ230(第1の凸レンズ)は、図8及び図9に示すように、光結合部224のz軸方向の負方向側の面に設けられている。また、凸レンズ230は、z軸方向から平面視したとき、発光素子アレイ100の各VCSELと重なっている。これにより、凸レンズ230は、発光素子アレイ100と対向し、レーザービームB1の光路上に位置している。また、凸レンズ230は、z軸と直交する方向から平面視したとき、z軸の負方向側に向かって突出する半円状を成している。従って、発光素子アレイ100から出射されたレーザービームB1は、凸レンズ230によって集光又はコリメートされて、全反射面R1に向かう。
受光素子用の位置決め部材240は、図7及び図8に示すように、z軸方向から平面視したとき、矩形状を成している。さらに、位置決め部材240は、プラグガイド部242と光結合部244とを備えている。
プラグガイド部242は、図7に示すように、位置決め部材240におけるx軸の負方向側の部分を構成している。また、プラグガイド部242は、図8に示すように、z軸方向から平面視したとき、矩形状を成している板状部材である。さらに、プラグガイド部242のx軸方向の正方向側の端面S4は、図9に示すように、封止樹脂24のx軸方向の負方向側の面と対向している。従って、プラグガイド部242は、実装基板22上において封止樹脂24よりもx軸方向の負方向側に位置している。
また、プラグガイド部242の表面におけるy軸方向の略中央には、図7に示すように、後述するプラグ40をガイドするための溝G2がx軸と略平行に設けられている。なお、プラグガイド部242において、溝G2よりy軸方向の負方向側の部分を平坦部F3と称し、溝G2よりy軸方向の正方向側の部分を平坦部F4と称す。なお、溝G2のz軸方向の高さh3は、図9に示すように、封止樹脂24のz軸方向の高さh2よりも低い。
光結合部244は、図7乃至図9に示すように、位置決め部材240におけるx軸方向の正方向側の部分を構成し、封止樹脂24上に載置されている。
さらに、光結合部244は、図7に示すように、本体246及び突き当て部248を有している。本体246は直方体状を成している。突き当て部248は、本体246のx軸方向の負方向側の端面S5から、プラグガイド部242の平坦部F4に沿って、平坦部F4のx軸方向の略中央まで突出している。これにより、光結合部244は、z軸方向から平面視したときにL字型を成している。なお、突き当て部248のx軸方向の負方向側の端面を端面S6と称す。また、光結合部244には、凹部D2及び凸レンズ250が設けられている。
凹部D2は、図7に示すように、光結合部244のy軸方向の負方向側の辺近傍に設けられている。また、凹部D2は、z軸方向から平面視したとき、受光素子アレイ50と重なっている。さらに、凹部D2は、x軸方向から平面視したとき、後述するプラグ40に接続されている光ファイバー60の光軸と重なっている。なお、光ファイバー60の光軸は、x軸と平行である。また、凹部D2は、図7に示すように、z軸方向から平面視したとき、矩形状を成している。さらに、凹部D2は、図9に示すように、y軸方向から平面視したときにV字型を成している。
凹部D2のx軸方向の負方向側の内周面は、全反射面R2である。全反射面R2は、図9に示すように、y軸に平行である。さらに、全反射面R2は、y軸方向の負方向側から平面視したとき、z軸に対して反時計回りに45°傾いている。また、位置決め部材200の屈折率は、空気よりも十分に大きい。従って、光ファイバー60からx軸方向の正方向側に出射されたレーザービームB2は、光結合部244に入射し、全反射面R2によりz軸方向の負方向側に全反射され、封止樹脂24を介して受光素子アレイ50へと進行する。このとき、レーザービームB2の光跡をy軸方向から平面視すると、光ファイバー60から出射されたレーザービームB2の光軸と全反射面R2とが成す角は45°であり、受光素子アレイ50に向かうレーザービームB2の光軸と全反射面R2とが成す角は45°である。すなわち、全反射面R2と光ファイバー60の光軸とが成す角度と、全反射面R2と受光素子アレイ50とが成す角度は等しい。
凸レンズ250は、図8及び図9に示すように、光結合部244の裏面に設けられている。また、各凸レンズ250は、z軸方向から平面視したとき、受光素子アレイ50の各VCSELと重なっている。これにより、凸レンズ250は、受光素子アレイ50と対向し、レーザービームB2の光路上に位置している。また、凸レンズ250は、z軸と直交する方向から平面視したとき、z軸の負方向側に向かって突出する半円状を成している。従って、光ファイバー60から出射されたレーザービームB2は、全反射面R2で反射された後、凸レンズ250によって集光又はコリメートされて、受光素子アレイ50に向かう。
(金属キャップの構成)
次に、金属キャップ30について、図面を参照しながら説明する。図10は、本発明の一実施形態に係る金属キャップ30の外観斜視図である。
金属キャップ30は、一枚の金属板(例えば、SUS301)がコ字型に折り曲げられて作製されている。また、金属キャップ30は、図1に示すように、z軸方向の正方向側、y軸方向の正方向側及びy軸方向の負方向側から位置決め部材200を覆っている。
金属キャップ30は、図10に示すように、上面32及び側面34,36を含んでいる。上面32は、z軸に対して直交する面であり、矩形状を成している。側面34は、上面32のy軸方向の負方向側の長辺からz軸方向の負方向側に金属キャップ30が折り曲げられて形成されている。側面36は、上面32のy軸方向の正方向側の長辺からz軸方向の負方向側に金属キャップ30が折り曲げられて形成されている。
上面32のx軸方向の負方向側の部分には、図10に示すように、プラグ40をレセプタクル20に固定するための係合部32a,32bが設けられている。係合部32a,32bは、y軸方向の負方向側から正方向側に向かってこの順に並ぶように設けられている。
係合部32a,32bは、上面32にコ字型の切り込みを入れることにより形成されている。より具体的には、係合部32a,32bは、上面32にx軸方向の正方向側に開口するコ字型の切り込みを入れ、コ字型の切り込みに囲まれた部分をz軸方向の負方向側に凹ませるように曲げることにより形成されている。これにより、係合部32a,32bは、y軸方向から平面視したとき、z軸方向の負方向側に突出したV字型の形状を成している。
また、上面32のx軸方向の負方向側の短辺には、図10に示すように、プラグ40をレセプタクル20に固定するための係合部32c,32dが設けられている。係合部32c,32dは、上面32からx軸方向の負方向側に突出した金属片である。係合部32c,32dは、係合部32c,32dにおけるx軸方向の略中央の位置で、z軸方向の負方向側に凹ませるように曲げられている。これにより、係合部32c,32dは、y軸方向から平面視したとき、z軸方向の負方向側に突出したV字型の形状を成している。
側面34のz軸方向の負方向側の長辺には、図10に示すように、z軸方向の負方向側に向かって突出する凸部C1〜C3が、x軸方向の負方向側から正方向側に向かってこの順に並ぶように設けられている。凸部C1〜C3はそれぞれ、実装基板22と接着剤により固定される。なお、凸部C1は、実装基板22のグランド導体露出部E2と接続される。また、凸部C3は、封止樹脂24の脚部24bと脚部24cとの間に設けられた空間H1に嵌め込まれる。これにより、金属キャップ30は、実装基板22に対して位置決めされる。
側面36のz軸方向の負方向側の長辺には、図10に示すように、z軸方向の負方向側に向かって突出する凸部C4〜C6が、x軸方向の負方向側から正方向側に向かってこの順に並ぶように設けられている。凸部C4〜C6はそれぞれ、実装基板22と接着剤により固定される。なお、凸部C4は、実装基板22のグランド導体露出部E3と接続される。また、凸部C6は、封止樹脂24の脚部24dと脚部24eとの間に設けられた空間H2に嵌め込まれる。これにより、金属キャップ30は、実装基板22に対して位置決めされる。
また、金属キャップ30は、図1に示すように、位置決め部材200をz軸方向の正方向側並びにy軸方向の正方向側及び負方向側から覆っている。そして、レセプタクル20のx軸方向の負方向側には、図1に示すように、後述するプラグ40が挿入される開口部A3が形成されている。
(プラグの構成)
本発明の一実施形態に係るプラグ40について、図面を参照しながら説明する。図11は、本発明の一実施形態に係るプラグの外観斜視図である。図12は、本発明の一実施形態に係るプラグをz軸方向の負方向側から平面視した図である。
プラグ40は、図11に示すように、光ファイバー60の一端に設けられている。プラグ40は、送信側プラグ42及び受信側プラグ46を備える。なお、プラグ40は、例えばエポキシ系やナイロン系の樹脂により構成される。
送信側プラグ42は、発光素子アレイ100からのレーザービームB1を伝送する。送信側プラグ42は、図11に示すように、光ファイバー挿入部42a及び耳部42bを備える。光ファイバー挿入部42aは、送信側プラグ42のy軸方向の正方向側の部分を構成しており、x軸方向に延在する直方体状を成している。光ファイバー挿入部42aのx軸方向の負方向側の部分には、光ファイバー60を挿入するための開口部A1が設けられている。
開口部A1は、図11に示すように、光ファイバー挿入部42aのz軸方向の正方向側の上面S7及びx軸方向の負方向側の端面S8を切り抜くことにより形成されている。また、開口部A1のx軸方向の正方向側の内周面には、挿入された光ファイバー60の芯線を送信側プラグ42の先端まで導くための孔H7が設けられている。なお、孔H7は、光ファイバー60の本数に対応し、本実施形態においては2つである。
さらに、光ファイバー挿入部42aにおけるx軸方向の正方向側の部分には、図11に示すように、光ファイバー60固定用の接着剤を注入するための凹部D3が設けられている。凹部D3は、光ファイバー挿入部42aの表面から裏面に向けて窪んでいる。凹部D3のx軸方向の負方向側の内周面には、孔H7が設けられている。孔H7は、開口部A1のx軸方向の正方向側の内周面と繋がっている。従って、光ファイバー60の芯線は、孔H7を通って、開口部A1から凹部D3に到達する。凹部D3に到達した光ファイバー60の芯線は、凹部D3のx軸方向の正方向側の内周面(突き当て面)S9に突き当てられる。そして、透明樹脂から成る接着剤、例えばエポキシ系の樹脂を開口部A1及び凹部D3に流し込むことにより、光ファイバー60は、送信側プラグ42に固定される。
光ファイバー挿入部42aのx軸方向の正方向側の端面S10には、図9及び図12に示すように、凸レンズ44(第3の凸レンズ)が設けられている。凸レンズ44は、x軸方向と直交する方向から平面視したとき、x軸方向の正方向側に突出する半円状を成している。これにより、発光素子アレイ100から出射され、かつ、全反射面R1により反射されたレーザービームB1は、凸レンズ44により集光又はコリメートされる。
また、凸レンズ44は、x軸方向から平面視したとき、光ファイバーの光軸と重なっている。従って、凸レンズ44で集光又はコリメートされたレーザービームB1は、光ファイバー挿入部42aの樹脂を通過する。そして、レーザービームB1は、突き当て面S9に突き当てられた光ファイバー60の芯線のコアに伝送される。
光ファイバー挿入部42aの上面S7には、図11に示すように、金属キャップ30の係合部32aと係合する突起N1が設けられている。突起N1は、x軸方向において開口部A1と凹部D3との間に設けられ、y軸方向に延在している。また、突起N1は、y軸方向から平面視したとき、z軸方向の正方向側に突出した三角形状を成している。
光ファイバー挿入部42aの裏面には、図11及び図12に示すように、凸部C7が設けられている。凸部C7は、位置決め部材220のプラグガイド部222の溝G1に対応している。凸部C7は、端面S8から端面S10に向かって、x軸に平行に設けられている。
耳部42bは、図11及び図12に示すように、光ファイバー挿入部42aのx軸方向の負方向側の端部近傍からy軸方向の負方向側に突出している。これにより、送信側プラグ42は、L字型を成している。なお、耳部42bは、送信側プラグ42の挿抜作業の際に、把持部として機能する。また、耳部42bの略中央には、z軸方向から平面視したとき、略矩形状の肉抜き穴が設けられている。
なお、送信側プラグ42とレセプタクル20との接続作業は、凸部C7を溝G1に沿わせて、x軸方向の正方向側に押し込むことにより行われる。このとき、耳部42bのx軸方向の正方向側の端面S11は、図7で示される位置決め部材200の突き当て部228の端面S3に突き当たる。
また、送信側プラグ42とレセプタクル20との接続作業により、図9に示すように、送信側プラグ42は、位置決め部材220上に載置される。さらに、前述のとおり光ファイバー60の光軸は、x軸方向と平行であり、送信側プラグ42をレセプタクル20へ押し込む方向は、x軸方向の正方向側である。従って、光ファイバー60の光軸と送信側プラグ42の挿入方向は平行である。
また、送信側プラグ42とレセプタクル20との接続する際、金属キャップ30の係合部32aが突起N1と係合するとともに、係合部32cが送信側プラグ42の上面S7と端面S8とが成す角と係合することにより、送信側プラグ42がレセプタクル20に固定される。
受信側プラグ46は、受光素子アレイ50へレーザービームB2を伝送する。受信側プラグ46は、図11に示すように、光ファイバー挿入部46a及び耳部46bを備える。光ファイバー挿入部46aは、受信側プラグ46のy軸方向の負方向側の部分を構成しており、略直方体状を成している。光ファイバー挿入部46aのx軸方向の負方向側の部分には、光ファイバー60を挿入するための開口部A2が設けられている。
開口部A2は、図11に示すように、光ファイバー挿入部46aのz軸方向の正方向側の上面S12及びx軸方向の負方向側の端面S13を切り抜くことにより形成されている。また、開口部A2のx軸方向の正方向側の内周面には、挿入された光ファイバー60の芯線を受信側プラグ46の先端まで導くための孔H8が設けられている。なお、孔H8は、光ファイバー60の本数に対応し、本実施形態においては2つである。
さらに、光ファイバー挿入部46aにおけるx軸方向の正方向側の部分には、図11に示すように、光ファイバー60固定用の接着剤を注入するための凹部D4が設けられている。凹部D4は、光ファイバー挿入部46aの表面から裏面に向けて窪んでいる。凹部D4のx軸方向の負方向側の内周面には、孔H8が設けられている。孔H8は、開口部A2のx軸方向の正方向側の内周面と繋がっている。従って、光ファイバー60の芯線は、孔H8を通って、開口部A2から凹部D4に到達する。凹部D4に到達した光ファイバー60の芯線は、凹部D4のx軸方向の正方向側の内周面(突き当て面)S14に突き当てられる。そして、透明樹脂から成る接着剤、例えばエポキシ系の樹脂を開口部A2及び凹部D4に流し込むことにより、光ファイバー60は、受信側プラグ46に固定される。
光ファイバー挿入部46aのx軸方向の正方向側の端面S15には、図9及び図12に示すように、凸レンズ48が設けられている。凸レンズ48は、x軸と直交する方向から平面視したとき、x軸方向の正方向側に突出する半円状を成している。
また、凸レンズ48は、x軸方向から平面視したとき、光ファイバー60の光軸と重なっている。従って、光ファイバー60から出射されたレーザービームB2は、凸レンズ48により集光又はコリメートされ、全反射面R2に進行する。そして、レーザービームB2は、全反射面R2で反射されて、受光素子アレイ50に伝送される。
光ファイバー挿入部46aの上面S12には、図11に示すように、金属キャップ30の係合部32bと係合する突起N2が設けられている。突起N2は、x軸方向において開口部A2と凹部D4の間に設けられ、y軸方向に延在している。また、突起N2は、y軸方向から平面視したとき、z軸方向の正方向側に突出した三角形状を成している。
光ファイバー挿入部46aの裏面には、図11及び図12に示すように、凸部C8が設けられている。凸部C8は、位置決め部材240のプラグガイド部242の溝G2に対応している。凸部C8は、端面S13から端面S15に向かって、x軸に平行に設けられている。
耳部46bは、図11及び図12に示すように、光ファイバー挿入部46aのx軸方向の負方向側の端部からy軸方向の正方向側に突出している。これにより、受信側プラグ46は、L字型を成している。なお、耳部46bは、受信側プラグ46の挿抜作業の際に、把持部として機能する。また、耳部46bの略中央には、z軸方向から平面視したとき、略矩形状の肉抜き穴が設けられている。
なお、受信側プラグ46とレセプタクル20との接続作業は、凸部C8を溝G2に沿わせて、x軸方向の正方向側に押し込むことにより行われる。このとき、耳部46bのx軸方向の正方向側の端面S16は、図7で示される位置決め部材200の突き当て部248の端面S6に突き当たる。
また、受信側プラグ46とレセプタクル20との接続作業により、図9に示すように、受信側プラグ46は、位置決め部材240上に載置される。さらに、前述のとおり光ファイバー60の光軸は、x軸方向と平行であり、受信側プラグ46をレセプタクル20へ押し込む方向は、x軸方向の正方向側である。従って、光ファイバー60の光軸と受信側プラグ46の挿入方向は平行である。
また、受信側プラグ46とレセプタクル20とを接続する際、金属キャップ30の係合部32bが突起N2と係合するとともに、係合部32dが受信側プラグ46の上面S12と端面S13とが成す角と係合することにより、受信側プラグ46がレセプタクル20に固定される。
以上のように構成された光伝送モジュール10では、図9に示すように、発光素子アレイ100からz軸方向の正方向側に出射されたレーザービームB1は、封止樹脂24及び位置決め部材220を通過する。さらに、レーザービームB1は、全反射面R1でx軸方向の負方向側に反射されて、プラグ40を通過し光ファイバー60のコアに伝送される。従って、位置決め部材220は、光ファイバー60のコアと発光素子アレイ100とを光学的に結合させる役割を担っている。
また、光伝送モジュール10において、図9に示すように、光ファイバー60からx軸方向の正方向側に出射されたレーザービームB2は、位置決め部材240を通過する。さらに、レーザービームB2は、全反射面R2でz軸方向の負方向側に反射されて、封止樹脂24を通過し受光素子アレイ50に伝送される。従って、位置決め部材240は、光ファイバー60のコアと受光素子アレイ50とを光学的に結合させる役割を担っている。
(製造方法)
以下に、本発明の一実施形態に係る光伝送モジュール10の製造方法を、発光素子アレイ100、レセプタクル20、プラグ40及び光伝送モジュール10の順で説明する。
(発光素子アレイの製造方法)
まず、ベース基板128の表面に、N型半導体コンタクト層130、N型DBR層132、N型半導体クラッド層134、活性層136、P型半導体クラッド層138、P型DBR層140及びP型半導体コンタクト層142を、この順に積層する。
次に、それぞれのVCSEL100A,100Bの発光領域多層部160を構成する部分を除き、P型半導体コンタクト層142、P型DBR層140、P型半導体クラッド層138、活性層136、N型半導体クラッド層134を、順次所定のパターンでエッチングする。この工程では、N型DBR層132の表面まで、エッチングを行う。これにより、N型半導体コンタクト層130、N型DBR層132を除くVCSEL100A,100Bの発光領域多層部160が所定距離だけ離間するように分離される。
N型DBR層132の表面が露出した領域における発光領域多層部160に近接する位置をエッチングすることで、N型半導体コンタクト層130を露出させる。このN型半導体コンタクト層130を露出させた領域に、カソード用電極911を形成する。
また、エッチングしなかった発光領域多層部160のP型半導体コンタクト層142の表面にアノード用リング電極921を形成する。
ベース基板128の表面側に、カソード用電極911、アノード用リング電極921の表面を除き、絶縁膜162を形成する。
絶縁膜162の表面の発光領域多層部160に近接する領域に絶縁層170を形成する。
絶縁層170の表面に、カソード用パッド電極912とアノード用パッド電極922とを形成する。
カソード用電極911とカソード用パッド電極912とを接続するカソード用配線電極913を形成する。アノード用リング電極921とアノード用パッド電極922とを接続するアノード用配線電極923を形成する。
隣り合うVCSEL100A,100Bの領域を分割するように、絶縁膜162、N型DBR層132、N型半導体コンタクト層130を貫通し、ベース基板128の表面から内部へ所定の深さまで凹む形状の溝180を形成する。以上のような工程により、発光素子アレイ100が形成される。
(レセプタクルの製造方法)
次に、レセプタクル20の製造方法について、図面を参照しながら説明する。図13は、本発明の一実施形態に係るレセプタクルの製造工程の図である。
まず、実装基板22の集合体であるマザー基板122(本図面中には、図示しない)の表面にはんだを塗布する。より具体的には、メタルマスクを載せたマザー基板122上に、スキージを使用してクリームはんだを押し付ける。そして、メタルマスクをマザー基板122から取り除くことにより、はんだをマザー基板122に印刷する。
次に、コンデンサーをマザー基板122のはんだ上に載置する。その後、マザー基板122に熱を加えて、コンデンサーをはんだ付けする。
コンデンサーをはんだ付けした後、マザー基板122上の所定位置にAgペーストを塗布する。塗布されたAg上に駆動回路26、受光素子アレイ50及び発光素子アレイ100を載置して、ダイボンドを行う。さらに、Auワイヤーを用いて、駆動回路26と受光素子アレイ50とをワイヤーボンディングにより接続し、さらに、駆動回路26と発光素子アレイ100とをワイヤーボンディングにより接続する。
その後、コンデンサー、駆動回路26と、受光素子アレイ50及び発光素子アレイ100に対して樹脂モールドを行う。さらに、ダイサーを用いてマザー基板122をカットすることにより、複数の実装基板22を得る。
次に、位置決め部材220を実装基板22及び封止樹脂24上に載置する。より具体的には、封止部24aの表面におけるx軸方向の負方向側の領域にUV硬化型の接着剤を塗布する。接着剤を塗布した後、図13に示すように、発光素子アレイ100の発光部の中心T100の位置を位置認識用カメラV1で確認する。
次に、位置決め部材220を封止樹脂24上に載置するための搭載機V2が位置決め部材220を吸着して取り上げる。そして、図13に示すように、搭載機V2が位置決め部材220を吸着した状態で、位置認識用カメラV3で位置決め部材220の凸レンズ230のレンズ中心T230の位置を確認する。
位置認識用カメラV1で確認した発光素子アレイ100の発光部の中心T100の位置データ及び、位置認識用カメラV3で確認した位置決め部材220の凸レンズ230のレンズ中心T230の位置データから、発光素子アレイ100の発光部と凸レンズ230との相対的な位置を算出する。算出した結果に基づいて、搭載機V2の移動量を決定する。
次に、搭載機V2により、決定した移動量だけ、位置決め部材220を移動させる。これにより、凸レンズ230のレンズ中心T230と発光素子アレイ100の光軸とが一致する。
位置決め部材220の載置作業と並行して、位置決め部材240を実装基板22及び封止樹脂24上に載置する作業を行う。より具体的には、封止部24aの表面のx軸方向の負方向側の領域にUV硬化型の接着剤を塗布した後、図13に示すように、受光素子アレイ50の受光部の中心T50の位置を位置認識用カメラV4で確認する。
次に、位置決め部材240を封止樹脂24上に載置するための搭載機V5が位置決め部材240を吸着して取り上げる。そして、図13に示すように、搭載機V5が位置決め部材240を吸着した状態で、位置認識用カメラV6で位置決め部材240の凸レンズ250のレンズ中心T250の位置を確認する。
位置認識用カメラV4で確認した受光素子アレイ50の受光部の中心T50の位置データ及び、位置認識用カメラV6で確認した位置決め部材240の凸レンズ250のレンズ中心T250の位置データから、受光素子アレイ50の受光部と凸レンズ250との相対的な位置を算出する。算出された結果に基づいて、搭載機V5の移動量を決定する。
次に、搭載機V5により、決定した移動量だけ、位置決め部材240を移動させる。これにより、凸レンズ250のレンズ中心T250と受光素子アレイ50の光軸とが一致する。
配置された位置決め部材220,240に対して、紫外線を照射する。なお、紫外線照射中、位置決め部材220,240は、搭載機V2,V5により、実装基板22及び封止樹脂24に押しつけられた状態である。これにより、位置決め部材220,240と封止樹脂24との間にあるUV硬化型の接着剤が硬化する際に、位置決め部材220,240が、位置ズレを起こすことなく、実装基板22及び封止樹脂24に固定される。
次に、位置決め部材200が載置された実装基板22に対して、金属キャップ30を取り付ける。より具体的には、実装基板22の表面上であって、封止樹脂24の脚部24bと24cとの間の空間H1、脚部24dと24eとの間の空間H2、及び、金属キャップ30の凸部C2,C5が接触する部分にエポキシ系などの熱硬化性の接着剤を塗布する。また、実装基板22のグランド導体露出部E2,E3には、Agなどの導電性ペーストを塗布する。
接着剤及び導電性ペーストを塗布後、金属キャップ30の凸部C3を、実装基板22上の封止樹脂24の脚部24bと脚部24cとに挟まれた部分、すなわち空間H1に嵌め合わせる。さらに、凸部C6を封止樹脂24の脚部24dと脚部24eとに挟まれた部分、すなわち空間H2に嵌め合わせる。これにより、金属キャップ30の実装基板22に対する位置が決まる。また、金属キャップ30の位置決めと同時に、凸部C1〜C6が実装基板22上の接着剤及び導電性ペーストと接触する。
金属キャップ30を嵌め合わせた後、実装基板22に熱を加え、接着剤及び導電性ペーストを硬化させる。これにより、金属キャップ30を、実装基板22に固定する。なお、金属キャップ30を実装基板22に取り付けることにより、金属キャップ30の凸部C1,C4が、実装基板22のグランド導体露出部E2,E3と接触する。これにより、金属キャップ30は、実装基板22内のグランド導体に接続され、グランド電位に保たれる。以上のような工程によりレセプタクル20が完成する。
(プラグの製造方法)
まず、プラグ40に挿入される光ファイバー60を、所定の長さに切断する。
次に、光ファイバー60の先端付近の被覆を、光ファイバー用ストリッパーを用いて除去する。先端付近の被覆を除去した後、光ファイバー60の芯線の劈開面を出すためにクリーブを行う。
次に、図11に示されるプラグ40の開口部A1,A2及び凹部D3,D4に、光ファイバー60を固定するためのエポキシ樹脂などの透明接着剤を注入する。さらに、光ファイバー60の芯線がプラグ40の面S9,S14に突き当たるまで押し込む。そして、透明接着剤が硬化することにより、光ファイバー60がプラグ40に固定される。
(光伝送モジュールの製造方法)
レセプタクル20にプラグ40を接続する。プラグ40の接続は、前述したように、位置決め部材220,240の溝G1,G2にプラグ40の凸部C7,C8を沿わせて、金属キャップ30とレセプタクル20との間に設けられた開口部A3から、x軸方向の正方向側に向かって押し込むことにより行われる。以上のような製造工程を経て光伝送モジュール10が完成する。
(効果)
以上にように構成された光伝送モジュール10及びレセプタクル20によれば、VCSEL100A,100B間で十分にアイソレーションをとることができる。より詳細には、VCSEL100A,100Bは、一つの基板であるベース基板128上に載置されている。ベース基板128は、半絶縁性の半導体基板である。これにより、VCSEL100A,100Bでは、アノード用リング電極921から流入した電流(駆動信号)は、P型半導体コンタクト層142、P型DBR層140、P型半導体クラッド層138、活性層136、N型半導体クラッド層134、N型DBR層132、N型半導体コンタクト層130及びカソード用電極911の順に通過するため、ベース基板128を通過することはない。従って、VCSEL100Aに送られた駆動信号が、ベース基板128を介してVCSEL100Bに送られることはなく、また、VCSEL100Bに送られた駆動信号が、ベース基板128を介してVCSEL100Aに送られることもない。更に、VCSEL100AのN型半導体コンタクト層130とVCSEL100BのN型半導体コンタクト層130とは分離されている。したがって、VCSEL100Aに送られた駆動信号が、N型半導体コンタクト層130を介してVCSEL100Bに送られることはなく、また、VCSEL100Bに送られた駆動信号が、N型半導体コンタクト層130を介してVCSEL100Aに送られることもない。すなわち、光伝送モジュール10及びレセプタクル20によれば、VCSEL100A,100B間で十分にアイソレーションをとることができる。
また、光伝送モジュール10及びレセプタクル20では、以下に説明するように、レーザービームB1の光学的な損失が低減される。より詳細には、レーザービームB1は、相対的に屈折率の大きな樹脂から相対的に屈折率の小さな空気に出射する際に屈折する。そのため、空気中を進行するレーザービームB1は、樹脂中を進行するレーザービームB1よりも広がりながら伝搬する。したがって、レーザービームB1の光学系路において、樹脂の割合を高くし、空気の割合を低くすることにより、レーザービームB1の広がりを抑制することができる。そこで、レセプタクル20では、発光素子アレイ100から発せられたレーザービームB1は、樹脂からなる位置決め部材200内を通過する。これにより、レーザービームB1の光学経路において、樹脂が占める割合が高くなり、空気が占める割合が低くなる。その結果、レーザービームB1の広がりが抑制される。よって、光ファイバー60に入射するレーザービームB1の強度が大きくなり、レーザービームB1の光学的な損失が低減される。なお、同様の理由により、レーザービームB2の光学的な損失も低減される。
また、光伝送モジュール10及びレセプタクル20では、以下に説明するように、レーザービームB1の光学的な損失をさらに低減することができる。レセプタクル20では、発光素子アレイ100から発せられたレーザービームB1は、封止樹脂24内を通過する。これにより、レーザービームB1の光学経路において、樹脂が占める割合が大きくなり、空気が占める割合が小さくなる。その結果、レーザービームB1の広がりが抑制される。よって、光ファイバー60に入射するレーザービームB1の強度が大きくなり、レーザービームB1の光学的な損失が低減される。なお、同様の理由により、レーザービームB2の光学的な損失も低減される。
光伝送モジュール10及びレセプタクル20では、図9に示すように、レーザービームB1の光路上に全反射面R1が設けられている。また、全反射面R1と光ファイバー60の光軸とが成す角度は45°であり、全反射面R1と発光素子アレイ100とが成す角度は45°である。すなわち、全反射面R1と光ファイバー60の光軸とが成す角度と、全反射面R1と発光素子アレイ100とが成す角度は、等しい。これにより、光伝送モジュール10及びレセプタクル20では、光ファイバー60の光軸が、発光素子アレイ100からのレーザービームB1の出射方向と同じz軸方向でなくても、光ファイバー60と発光素子アレイ100を光学的に結合することができる。
光伝送モジュール10及びレセプタクル20では、図9に示すように、レーザービームB2の光路上に全反射面R2が設けられている。また、全反射面R2と光ファイバー60の光軸とが成す角度は45°であり、全反射面R2と受光素子アレイ50とが成す角度は45°である。すなわち、全反射面R2と光ファイバー60の光軸とが成す角度と、全反射面R2と受光素子アレイ50とが成す角度は、等しい。これにより、光伝送モジュール10及びレセプタクル20では、光ファイバー60の光軸が、受光素子アレイ50の受光方向と同じz軸方向でなくても、光ファイバー60と受光素子アレイ50を光学的に結合することができる。
また、光伝送モジュール10及びレセプタクル20では、上述のとおり、光を樹脂内で伝搬させることにより、レーザービームB1,B2の光軸に対する広がりを抑制することができる。これにより、レセプタクル20に設けられた凸レンズ230,250及び全反射面R1,R2を小さくすることができる。その結果として、光伝送モジュール10及びレセプタクル20を小型化でき、低背化が可能となる。
また、図9に示すように、プラグ40のレセプタクル20への挿入方向は、光ファイバー60の光軸と同じx軸方向である。これにより、プラグ40のレセプタクル20に対する装着が不十分であっても、光ファイバー60の先端から受光素子アレイ50又は発光素子アレイ100までの距離が長くなるだけであり、光ファイバー60の光軸にズレは発生しない。従って、光伝送モジュール10によれば、プラグ40の装着不良に伴う、光ファイバー60と受光素子アレイ50又は発光素子アレイ100との光学的な損失を抑制できる。
光伝送モジュール10及びレセプタクル20では、実装基板22の裏面に表面実装用電極E1が設けられている。これにより、光伝送モジュール10は、光伝送モジュール10が実装される回路基板に接続用のコネクタを設けることなく表面実装を行うことができる。従って、光伝送モジュール10を実装する回路基板上での、光伝送モジュール10の実質的な占有面積を抑えることができる。
光伝送モジュール10及びレセプタクル20では、図9に示すように、位置決め部材200の光結合部224の裏面に凸レンズ230が設けられている。従って、発光素子アレイ100からのレーザービームB1は、凸レンズ230を通過する。このとき、発光素子アレイ100の位置が、位置決め部材220に対して位置ズレを起こしていた場合でもあっても、凸レンズ230によりレーザービームB1は、集光又はコリメートされて全反射面R1に進行する。従って、レセプタクル20及び光伝送モジュール10によれば、発光素子アレイ100の位置ズレによる光学的損失を抑制することができる。
光伝送モジュール10及びレセプタクル20では、図9に示すように、位置決め部材240の光結合部244の裏面に凸レンズ250が設けられている。従って、光ファイバー60から出射されたレーザービームB2は、凸レンズ250を通過する。このとき、全反射面R2で反射されたレーザービームB2の光軸がずれていた場合であっても、凸レンズ250により、レーザービームB2は集光又はコリメートされて受光素子アレイ50に進行する。従って、レセプタクル20及び光伝送モジュール10によれば、レーザービームB2の光軸ズレによる光学的損失を抑制することができる。
光伝送モジュール10では、図9に示すように、送信側プラグ42の端面S10に凸レンズ44が設けられている。従って、全反射面R1で反射されたレーザービームB1は、凸レンズ44を通過する。このとき、レーザービームB1が、凸レンズ44により集光又はコリメートされて光ファイバー60に進行する。従って、光伝送モジュール10によれば、レーザービームB1の光軸ズレによる光学的損失を抑制することができる。
光伝送モジュール10では、図9に示すように、受信側プラグ46の端面S15に凸レンズ48が設けられている。従って、光ファイバー60から出射されたレーザービームB2は、凸レンズ48を通過する。このとき、光ファイバー60の位置が、プラグ40に対して位置ズレを起こしていた場合でもあっても、凸レンズ48によりレーザービームB2は、集光又はコリメートされて全反射面R2に進行する。従って、光伝送モジュール10によれば、光ファイバー60の位置ズレによる光学的損失を抑制することができる。
光伝送モジュール10では、プラグ40の強度の向上を図ることができる。図14は、従来のレセプタクル400及びプラグ41の断面図である。より詳細には、図14に示す光伝送モジュール400のように、位置決め部材200全体が封止樹脂25の表面に設けられていると、プラグ41のz軸方向の厚みが薄くなってしまう。そのため、プラグ41の強度が低下してしまう。そこで、光伝送モジュール10では、図9に示すように、位置決め部材200が、実装基板22及び封止樹脂24に跨って設けられている。また、プラグ40は、位置決め部材200のプラグガイド部222,242上に位置する。さらに、プラグガイド部222,242の溝G1,G2の高さh1,h3は、封止樹脂24の高さh2よりも低い。そして、光ファイバー60の光軸は、封止樹脂24よりもz軸方向の正方向側に位置する。これにより、光伝送モジュール10では、図14に示す光伝送モジュール400と比較して、プラグ40をz軸方向に大きくすることができる。従って、光伝送モジュール10では、強度の向上を図ることができる。
また、光伝送モジュール10では、プラグ40をz軸方向に大きくすることが可能となったため、光伝送モジュール400のプラグ41よりも握りやすい。従って、光伝送モジュール10では、プラグ40のレセプタクル20に対する接続作業が容易である。
また、光伝送モジュール10における金属キャップ30と実装基板22の間には、図1に示すように、開口部A3が設けられている。プラグ40の接続は、開口部A3からプラグ40を挿入することにより行われる。従って、光伝送モジュール10では、プラグ40を着脱する際に、金属キャップ30を取り外す必要がなく、プラグ40の着脱作業が容易である。
また、金属キャップ30には、プラグ40を固定するための係合部32a〜32dが設けられている。これにより、プラグ40の位置決め部材200に対する位置ズレが防止される。結果として、光ファイバー60の光軸ズレが防止される。従って、光伝送モジュール10によれば、光ファイバー60の光軸ズレを防止し、光学的損失を抑制することができる。
光伝送モジュール10及びレセプタクル20の製造方法では、以下に説明するように、発光素子アレイ100と凸レンズ230との間で位置ズレが発生することを抑制できる。より詳細には、位置決め部材200が実装基板22に取り付けられる際には、従来は、図15に示すような、実装基板22に設けられたピンP1を用いていた。実装基板22に設けられたピンP1を位置決め部材200に設けられた孔H9に差し込むことにより、位置決め部材200が実装基板22に固定される。この場合、実装基板22上のP1の製造時の位置ズレや発光素子アレイ100の実装時の位置ズレにより、発光素子アレイ100と位置決め部材200の凸レンズ230との間で位置ズレが生じる。
そこで、光伝送モジュール10及びレセプタクル20の製造方法では、位置決め部材200を実装基板22に取り付ける際に、発光素子アレイ100の発光部の中心T100と凸レンズ230のレンズ中心T230との位置関係を位置確認用カメラで確認しつつ、位置決め部材200を実装基板22に載置する。よって、発光素子アレイ100と凸レンズ230とがピンP1を介することなく直接に位置決めされるようになる。その結果、光伝送モジュール10及びレセプタクル20の製造方法では、実装基板22上におけるP1の位置ズレや発光素子アレイ100の位置ズレを考慮する必要がなく、発光素子アレイ100と凸レンズ230との間で位置ズレが生じることが抑制される。なお、同様の理由により、受光素子アレイ50と凸レンズ250との間で位置ズレが生じることも抑制される。
(変形例)
以下に、変形例に係る光伝送モジュール10'の構成について説明する。図16は、変形例に係る光伝送モジュール10'及びレセプタクル20'の断面図である。外観図については、図1を援用する。
光伝送モジュール10と光伝送モジュール10'との相違点は、位置決め部材200に凸レンズが更に設けられている点である。その他の点については、光伝送モジュール10と光伝送モジュール10'とでは相違しないので、説明を省略する。なお、図16において、光伝送モジュール10と同じ構成については、光伝送モジュール10と同じ符号を付した。
図16に示すように、位置決め部材220の全反射面R1には、凸レンズ232が設けられている。これにより、発光素子アレイ100から出射されたレーザービームB1は、凸レンズ232により集光又はコリメートされて、光ファイバー60に伝送される。従って、光伝送モジュール10'によれば、光伝送モジュール10と比較して、更に光学的損失を抑制することができる。
また、位置決め部材220における送信側プラグ42と対向する面には、図16に示すように、凸レンズ234(第2の凸レンズ)が設けられている。これにより、全反射面R1で反射されたレーザービームB1は、凸レンズ234により集光又はコリメートされて、光ファイバー60に伝送される。従って、光伝送モジュール10'によれば、光伝送モジュール10と比較して、更に光学的損失を抑制することができる。
位置決め部材240の全反射面R2には、凸レンズ252が設けられている。これにより、光ファイバー60から出射されたレーザービームB2は、凸レンズ252により集光又はコリメートされて、受光素子アレイ50に伝送される。従って、光伝送モジュール10'によれば、光伝送モジュール10と比較して、更に光学的損失を抑制することができる。
また、位置決め部材240における受信側プラグ46と対向する面には、図16に示すように、凸レンズ254が設けられている。これにより、光ファイバー60から出射されたレーザービームB2は、凸レンズ254により集光又はコリメートされて、全反射面R2に伝送される。従って、光伝送モジュール10'によれば、光伝送モジュール10と比較して、更に光学的損失を抑制することができる。
(その他の実施形態)
本発明に係る光伝送モジュールは、前記実施形態に係る光伝送モジュール10,10'に限らずその要旨の範囲内において変更可能である。
以上のように、本発明は、光伝送モジュールに対して有用であり、特に各VCSEL間のアイソレーションを確保できる点において優れている。
E1 表面実装用電極
R1,R2 全反射面
10 光伝送モジュール
20 レセプタクル
22 実装基板
24 封止樹脂
30 金属キャップ
32a〜32d 係合部
40 プラグ
50 受光素子アレイ
60 光ファイバー
100 発光素子アレイ
100A,100B VCSEL(垂直共振器面発光レーザ)
128 ベース基板
160 発光領域多層部
200 位置決め部材
230,232,234,250,252,254 凸レンズ
911 カソード用電極
921 アノード用リング電極

Claims (8)

  1. レセプタクルと、
    光ファイバーの一端に設けられたプラグと、
    を備え、
    前記レセプタクルは、
    複数の垂直共振器面発光レーザが一体化されてなる発光素子アレイと、
    複数の前記光ファイバーのコアと複数の前記垂直共振器面発光レーザとをそれぞれ光学的に結合させる位置決め部材と、
    キャップと、
    前記発光素子アレイが実装される実装基板と、
    を備え、
    前記発光素子アレイは、
    ベース基板と、
    該ベース基板の表面に形成された、N型半導体多層膜反射層、量子井戸を備える活性層及びP型半導体多層膜反射層を含む発光領域多層部と、
    前記P型半導体多層膜反射層に接続されるアノード用電極と、
    前記N型半導体多層膜反射層に接続されるカソード用電極と、
    を備え、
    前記ベース基板の少なくとも前記発光領域多層部側の所定部分が、半絶縁性半導体からなり、
    前記カソード用電極は、前記ベース基板の表面側に形成されており、
    前記発光領域多層部、前記アノード用電極及び前記カソード用電極からなる垂直共振器面発光レーザの組は、前記ベース基板に複数形成されており
    前記光ファイバーと前記発光素子アレイとを結ぶ光路は、前記位置決め部材を通過するとともに、該位置決め部材と前記プラグとの間において前記実装基板に平行であり、
    前記プラグは、前記位置決め部材の前記実装基板に平行な面に接触し、かつ、前記実装基板に接触しておらず、
    前記キャップは、前記プラグを前記位置決め部材の前記実装基板に平行な面に押し付けること、
    を特徴とする光伝送モジュール
  2. 前記レセプタクルは、
    前記発光素子アレイを覆う封止樹脂
    を更に備え、
    前記光ファイバーと前記発光素子アレイとを結ぶ光路は、前記封止樹脂を通過すること、
    を特徴とする請求項1に記載の光伝送モジュール
  3. 前記位置決め部材における前記発光素子アレイと対向し、かつ、前記発光素子アレイから出射されるレーザービームを集光又はコリメートする第1の凸レンズが設けられていること、
    を特徴とする請求項1又は請求項2に記載の光伝送モジュール
  4. 前記位置決め部材には、前記発光素子アレイから出射されるレーザービームを集光又はコリメートする第2の凸レンズが設けられ、
    前記第2の凸レンズは、前記位置決め部材における前記光ファイバーの光軸上に存在し、前記プラグと対向すること、
    を特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の光伝送モジュール
  5. 前記基板の裏面には表面実装用電極が設けられていること、
    を特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の光伝送モジュール
  6. 記プラグには、前記光ファイバーの光軸上に存在し、かつ、前記位置決め部材と対向する第3の凸レンズが設けられていること、
    を特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の光伝送モジュール。
  7. 前記光ファイバーの光軸と前記プラグの挿入方向が平行であること、
    を特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれかに記載の光伝送モジュール。
  8. 前記キャップは、前記プラグ、前記位置決め部材及び前記発光素子アレイを覆っており
    前記プラグ及び前記キャップには、係合手段が設けられていること、
    を特徴とする請求項1乃至請求項7のいずれかに記載の光伝送モジュール。
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