JP6230720B2 - 光部品、光モジュールおよび光部品の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、光通信等に用いられる光部品、光モジュールおよび光部品の製造方法に関する。
半導体LD(Laser Diode)またはPD(Photo Diode)等の受発光素子と、レンズ、ミラー、フィルタ、平面導波路チップ等の光部品とを、ファイバレセプタクル等の光入出力ポートを有する気密封止された1つのパッケージ内に収めた光モジュールは、光トランシーバ等の通信用機器内で使用されている。光モジュールでは、受発光素子と光入出力ポートに挿入されたファイバ間の高効率の接続を実現するため、パッケージ内部の光学部品を高精度で配置し、受発光素子、平面導波路チップの導波路素子およびファイバの光軸に光学系の光路中心を合わせる必要がある。しかし受発光素子および平面導波路チップ、ファイバの光軸高さにはばらつきがある。また、これらをダイボンディングする際にも位置ずれが生じる。また空間型合分波器では入出射光軸の角度ずれも生じる。これらのずれを補正するため、レンズの位置、ミラーおよびプリズムの角度を調整する等、光学系に配置する光学部品の位置および角度を調整することで光学系の光路中心角を補正することが一般的に行われる。
近年では光モジュールの小型化および集積化が進んでいる。例えば特許文献1では、複数のLD素子と複数のレンズと複数のフィルタからなる合波器とを集積した光モジュールである集積光モジュールが開示されている。集積光モジュールでは、一般に、受発光素子および光学部品は、同一実装基板平面上、または限られた高さの範囲内に2次元的に配置され、光路中心は実装基板に水平な方向であることが多い。これは各種部品を配置しやすく、合分波器のような複雑な光学系を形成しやすいことに加え、部品を多数積み上げると各部品の高さ公差が累積して光軸ずれを引き起こしやすいためである。
ここで光学部品の配置においては、実装基板平面に垂直な方向の位置および仰俯角の調整が課題となる。具体的には、実装基板に水平な水平面内の光軸方向をZ軸とし、水平面内で光軸に垂直な方向をX軸とし、実装基板の平面に直交する方向をY軸とするとき、X軸の位置および角度調整がX−Z平面内での水平移動およびY軸周りの回転を施すことによって可能であるのに対して、Y軸の位置調整およびX,Z軸周りの角度調整には十分な接合部材厚を確保しつつ接合部材の厚みすなわち高さと分布を適切に制御する必要がある。一般に接合部材としては、半田等の加熱溶融性の接合部材、または、熱またはUV(Ultra Violet:紫外線)光照射により硬化するアクリル系またはエポキシ系等の樹脂の接合部材が用いられているが、これらの接合部材では固化または硬化時の収縮が数%ある。接合部材厚が厚いと、接合剤部材収縮に伴う垂直位置ずれ、傾きの変化、不均一残留応力による水平位置ずれが生じる。また接合部材厚が厚い場合、隣接光学部品の接合部材が硬化前に流れ出して干渉し、光学部品を高い精度で所望の位置に固定することができない。これらを抑制するためには接合部材厚を薄くする必要があるが、この場合必要な垂直方向の位置および角度の調整範囲を確保できない。
垂直方向の光学部品の位置および角度の調整を実現し、光学系の光路中心角を補正する方式として、特許文献2および特許文献3が挙げられる。特許文献2では、シリンドリカルレンズの曲率中心線を光軸周りに傾けるように光モジュールを構成している。特許文献2には、シリンドリカルレンズを水平方向に動かすことでレンズ面中心の高さを変化させることができ、レンズ面の中心線と入射光路中心の高さとの差を変化させ、光路中心の仰俯角を変化させる方法が開示されている。また、特許文献3には、反射板において任意軸周りの角度調整を可能とするため、ゴニオ機構を反射板に形成する方法が開示されている。
しかしながら、上記特許文献2に記載の方法では、レンズ面中心線の傾き方向に光束の歪みが生じ、光軸が合っていても結合効率が低下してしまう。特許文献2には、結合効率の低下を防ぐためにレンズ中心線の傾きを少なくとも30度以下に抑えることが開示されているが、この場合、所望の光軸補正角を得るために大きな水平方向への移動が必要であり、隣接光学部品との干渉が生じてしまう。また光軸水平面内の光路中心角の補正には別途光学部品が必要である。
また、特許文献3に記載の方法では、複雑な光学系を組む場合に多数の反射板を配置して各々を調整する必要があり、各反射板の位置に合わせて回転中心を揃える必要がある。これを実現するには、反射板を一時的に保持し配置するヘッドに煩雑な機構を導入する必要がある。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、光路の垂直位置および仰俯角を適切に調整できる光部品を得ることを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、基板と、前記基板の上面に接して配置されたプリズムと、レンズとプリズムを一体化したレンズ一体化プリズムと、光を透過させる接合部材と、を備え、前記プリズムと前記レンズ一体化プリズムは、前記接合部材を介して接合されており前記レンズ一体化プリズムの前記プリズム側の面である下面、前記プリズムの前記基板の上面と接する面である下面、および前記プリズムの上面が、前記基板の上面に対して平行であり、前記レンズ一体化プリズムおよびプリズムのミラー面が、各々前記基板の上面に非平行かつ前記レンズ一体化プリズムのレンズの光軸に対して非平行であり、前記プリズムへ入射する光の光路中心は前記基板の上面と平行であり、前記レンズ一体化プリズムのレンズの光軸が前記基板の上面と平行であることを特徴とする。
本発明にかかる光部品は、光路の垂直位置および仰俯角を適切に調整できるという効果を奏する。
以下に、本発明にかかる光部品、光モジュールおよび光部品の製造方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため各部材の縮尺が現実と異なる場合があり、各図面間においても同様である。
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1にかかる光部品の断面図を示す図である。本実施の形態の光部品は、例えば光通信装置における光モジュールに搭載される。図1に示すように、本実施の形態の光部品は、セラミックスまたはガラス等の面精度の高い材料で形成された基板1と、基板1の第1面に接するプリズム2と、プリズム2が基板1に接する面と反対の面に接して形成された接合部材3と、接合部材3を介してプリズム2に接合されたレンズ一体化プリズム4とを備える。図1では、レンズ一体化プリズム4に凸レンズ面を形成する例を示している。
図1は、本発明の実施の形態1にかかる光部品の断面図を示す図である。本実施の形態の光部品は、例えば光通信装置における光モジュールに搭載される。図1に示すように、本実施の形態の光部品は、セラミックスまたはガラス等の面精度の高い材料で形成された基板1と、基板1の第1面に接するプリズム2と、プリズム2が基板1に接する面と反対の面に接して形成された接合部材3と、接合部材3を介してプリズム2に接合されたレンズ一体化プリズム4とを備える。図1では、レンズ一体化プリズム4に凸レンズ面を形成する例を示している。
図1に示すように、基板1のプリズム2が接する面を基板上面1aとする。また、プリズム2のミラー面をミラー面2aとし、プリズム2の基板1に接する面をプリズム下面2cとし、プリズム下面2cをプリズム2の裏面とするときプリズム2の表側面にあたる面をプリズム上面2bとする。また、レンズ一体化プリズム4のミラー面をミラー面4aとし、レンズ一体化プリズム4に形成されたレンズの表面をレンズ面4bとし、レンズ一体化プリズム4のレンズが形成される面をレンズ主面4cとし、レンズ一体化プリズム4の接合部材3に接する面をプリズム下面4dとする。なお、基板1からプリズム2へ向かう方向を上方向とし、プリズム2から基板1へ向かう方向を下方向とし、各部材の上方向の面を上面と呼び下方向の面を下面と呼ぶ。
接合部材3は透明なすなわち光を透過させる接合部材であり、熱またはUV照射により硬化する透明樹脂接合剤が好ましい。熱により硬化する熱硬化性接合剤は高い接合強度を有し信頼性がある。UV照射により硬化する紫外線硬化性接合剤は複数の光学素子を接合する際に、各光学素子を個別に配置して固定できるなど、利便性に優れている。UV硬化接合剤の中にはUV照射により硬化後に、さらに熱を加えて接合強度を高めるものもあり、このような接合剤を用いると、UV硬化接合剤の利便性と熱硬化接合剤の信頼性の両方を有しているためさらに好ましい。
レンズ一体化プリズム4のプリズム下面4dは、接合部材3を介してプリズム2のプリズム上面2bへ接合される。プリズム2とレンズ一体化プリズム4は同一の材料もしくは線膨張係数が近い材料であることが好ましい。同一の材料もしくは線膨張係数が近い材料を用いる場合、接合である硬化において加熱が行われる場合に、加熱によるプリズム2とレンズ一体化プリズム4との剥がれ、および加熱によるプリズム2とレンズ一体化プリズム4との接合前後の位置ずれを抑制できる。
一般にプリズム2、レンズ一体化プリズム4の材料は、ガラス、プラスチック、樹脂であるが、線膨張係数が小さいガラスを用いることが好ましい。線膨張係数が小さいガラスを用いることにより、本実施の形態が搭載される光モジュールの動作時の温度の変動に対する光軸ずれを抑制できる。
基板上面1a、プリズム上面2b、プリズム下面2c、プリズム下面4dは平行であることが好ましく、レンズ面4bが形成されるレンズ主面4cは基板上面1aに垂直であることが好ましい。またプリズム2のミラー面2aとレンズ一体化プリズム4のミラー面4aは、各々が基板上面1aと非平行である。また、プリズム2のミラー面2aとレンズ一体化プリズム4のミラー面4aは、各々がレンズ一体化プリズム4のレンズの光軸と非平行である。なお、プリズム2のミラー面2aとレンズ一体化プリズム4のミラー面4aは、各々が基板上面1aと45度の角度をなすことが好ましい。
また、光部品へ光の入射する方向をZ軸とし、基板上面1aの面内でZ軸に垂直な方向をX軸とし、基板上面1aに直交する方向をY軸とする。ここでは、基板上面1aに平行に−Z方向から光を入射するとする。
次に、本実施の形態にかかる光部品の製造方法について説明する。図2、3は、本実施の形態にかかる光部品の製造方法を示す図である。まず、図2に示すように、ステップ1として、基板1の基板上面1aにプリズム下面2cが接するようにプリズム2を配置し、プリズム上面2bに接合部材3を配置する。次に、ステップ2として、図3に示すように、接合部材3が硬化する前に、レンズ一体化プリズム4を接合部材3に接して配置し、後述するように、レンズ一体化プリズム4を光部品の入射光の光軸方向に移動させることにより光部品から出射される光の仰俯角を調整する。その後、ステップ3として、接合部材3を硬化させる。
次に、上述したステップ2における本実施の形態の光学系の高さおよび仰俯角の調整方法について説明する。本実施の形態では、基板1にプリズム2を固定して、接合部材3を硬化させる前にレンズ一体化プリズム4を光路中心に平行に動かすことにより、光部品から出射する光の高さおよび仰俯角を調整する。
図4は、−Z方向から光を入射した場合の光路中心の軌跡の一例を示す図である。図4に示すように、光部品への入射時の光路中心すなわちプリズム2へ入射する光の光路中心を光路中心5aとする。光路中心5aは、基板1(基板上面1a)と平行である。なお、図4では、基板1の図示を省略している。プリズム2の−Z側の面を側面2dとする。光はプリズム2に入射すると一般には屈折する。プリズム2に入射した後の光の光路中心を光路中心5bとする。そして、光はミラー面2aで反射される。ミラー面2aで反射された光の光路中心を光路中心5cとする。さらに、光は接合部材3を透過し、レンズ一体化プリズム4に入射する。なお、レンズ一体化プリズム4は、ZX面内において光路中心5cを通過した光がミラー面4aで反射可能な位置に配置されているとする。レンズ一体化プリズム4に入射した光の光路中心を光路中心5dとする。レンズ一体化プリズム4に入射した光は、ミラー面4aで反射される。ミラー面4aで反射された光の光路中心を光路中心5eとする。ミラー面4aで反射された光は、レンズ面4bを通過する。レンズ面4bを通過した光の光路中心を光路中心5fとする。レンズ一体化プリズム4のレンズの光軸は、基板1(基板上面1a)と平行である。
レンズ面4bの曲率半径が無限大の場合、すなわちレンズ面4bがフラットな極限の場合、プリズム2のミラー面2aとレンズ一体化プリズム4のミラー面4aとが平行でありかつプリズム2の側面2dとレンズ一体化プリズム4のレンズ主面4cとが平行であれば、この光学部品の通過前の光路中心5aと通過後の光路中心5fとは平行になる。ここで、プリズム2を固定してレンズ一体化プリズム4を光路中心5aに平行に動かし、固定されたプリズム2とレンズ一体化プリズム4の水平相対位置を調整することを考える。この場合、光路中心5eの垂直位置すなわちY軸方向の位置は、レンズ一体化プリズム4の位置に応じて変化する。図4の例のレンズ一体化プリズム4のZ軸方向の位置を第1の位置とすると、−Z方向にレンズ一体化プリズム4を移動させた第2の位置では、光路中心5dがミラー面4aで反射する位置が、第1の位置にレンズ一体化プリズム4が位置する場合より高くなる。
ここでレンズ面4bの曲率半径が有限である場合、光路中心5eの高さが変わるとレンズ面4bの中心からずれて入射するため、光路中心5fの出射角が変化する。このように、光路中心5aの方向にレンズ一体化プリズム4を動かすことで、光路中心5fの仰俯角を自在に調整できる。また基板1の水平面内で光路中心5aに垂直な方向にレンズ一体化プリズム4を動かすことで、水平面内における光路中心5fの角度を調整できる。以上のように、角度の調整を行った後に、接合部材3を硬化させることにより、調整された角度を保つことができる。
以上のように、本実施の形態の光部品は、レンズ一体化プリズム4をプリズム2上で水平に動かすことによって光部品から出射する光である出射ビームの光路中心5fの角度を自在に制御することができる。そして出射ビームがコリメート光であれば、ビーム角度を振ることはレンズで集光された像の位置を制御できることと等価であり、光路の位置制御に対応する。また非コリメート光であっても、光路中心の角度が変わることは実像および虚像の位置を制御できることに対応しており、十分有用である。このため、出射ビームがコリメート光であることは必要要件ではない。
さらに非コリメート光をレンズでコリメート光に変換する場合、一般にレンズを光軸方向に動かすことは焦点距離の関係上できない。しかし、本実施の形態の光学部品では、プリズム2のミラー面2aとレンズ一体化プリズム4のミラー面4aとが平行である場合には、光路中心5a方向にレンズを動かしているにも関わらず、コリメート条件を満たすことができる。すなわち、光路方向にレンズ一体化プリズム4とプリズム2の水平相対位置に依らず、光路中心5dと、光路中心5eとの距離の和を固定できるため、出射ビームがコリメートな状態を実現することは容易である。
以上に述べた制御はプリズム2上で水平方向にのみレンズ一体化プリズム4を動かすことによって実現できるため、接合部材3を厚くする必要が無い。このため、接合部材3が硬化した際の収縮を抑制でき、高い位置精度での実装が期待できる。
なお、ここでは、本実施の形態の光部品を適用する装置として光通信装置における光モジュールを例に挙げたが、本実施の形態の光部品を適用する装置は、光通信装置における光モジュールに限らず、光学系を用いる様々な分野の装置に適用可能である。一例として、小型のカメラ、ライダ等のセンサ、レーザアレイを集束させる加工用レーザに適用してもよい。
また、図1では、レンズ一体化プリズム4に凸レンズ面を形成する例を示したが、レンズ一体化プリズム4に凹レンズ面を形成してもよい。また、レンズ一体化プリズム4は一体成型されたものに限らず、レンズ中心とプリズム中心の相対高さが固定されているものであれば良く、レンズとプリズムを貼り合わせたもの、またはレンズとプリズムが共通の基板に固定されたもの等であってもよい。
実施の形態2.
図5は、本発明の実施の形態2にかかる光部品の断面図を示す図である。本実施の形態は、実施の形態1の変形例である。図5に示すように、本実施の形態の光部品は、実施の形態1の光部品に、基板1に接して配置される台6と、台6に接して配置されるレンズ7とを追加している。図5に示すように、台6の下面は基板上面1aに接し、台6の上面はレンズ7に接する。なお、本実施の形態では、レンズ一体化プリズム4のレンズを第1のレンズと呼ぶとき、レンズ7は第2のレンズである。レンズ7は、レンズ一体化プリズム4のレンズ面4bに対向するよう配置される。レンズ7は、レンズ面4bから出射される光を受光可能な位置に配置される。実施の形態1と同様の構成要素は実施の形態1と同一の符号を付して重複する説明を省略する。以下、実施の形態1と異なる点を説明する。
図5は、本発明の実施の形態2にかかる光部品の断面図を示す図である。本実施の形態は、実施の形態1の変形例である。図5に示すように、本実施の形態の光部品は、実施の形態1の光部品に、基板1に接して配置される台6と、台6に接して配置されるレンズ7とを追加している。図5に示すように、台6の下面は基板上面1aに接し、台6の上面はレンズ7に接する。なお、本実施の形態では、レンズ一体化プリズム4のレンズを第1のレンズと呼ぶとき、レンズ7は第2のレンズである。レンズ7は、レンズ一体化プリズム4のレンズ面4bに対向するよう配置される。レンズ7は、レンズ面4bから出射される光を受光可能な位置に配置される。実施の形態1と同様の構成要素は実施の形態1と同一の符号を付して重複する説明を省略する。以下、実施の形態1と異なる点を説明する。
実施の形態1の場合、レンズ面4bを出射した光がコリメート光でない場合は、レンズ一体化プリズム4を光軸方向すなわち光路中心5a方向に動かすことで出射後の光線の実像および虚像の形成位置が光軸方向にずれる。レンズ7を光軸方向に動かすことで、実像および虚像の形成位置を補正できる。なお、レンズ7の光軸は、基板上面1aに平行であることが好ましい。また、本実施の形態によれば、レンズ面4bで集光された光線を再びコリメート光に戻すなど、光軸方向の光束形状の柔軟な調整が可能となる。
なお、図5の構成例では、レンズ7は台6の上に配置されているが、台6は必須ではなく、台6をプリズム2と共通化させてもよく、レンズ7を直接基板1に配置してもよく、基板1に形成した段差を台6の替わりに用いてもよい。
実施の形態3.
図6は、本発明の実施の形態3にかかる光部品の断面図である。本実施の形態は、実施の形態1の変形例である。図6に示すように、本実施の形態の光部品は、実施の形態1の光部品に、基板1に接して配置されるプリズム8とプリズム8に接して配置されるプリズム9とを追加している。図6に示すように、プリズム8の下面は基板上面1aに接し、プリズム8の上面はプリズム9に接する。また、プリズム9は、レンズ面4bから出射される光を受光可能な位置に配置される。なお、本実施の形態では、プリズム2を第1のプリズムと呼ぶとき、プリズム8は第2のプリズム、プリズム9は第3のプリズムである。実施の形態1と同様の構成要素は実施の形態1と同一の符号を付して重複する説明を省略する。以下、実施の形態1と異なる点を説明する。
図6は、本発明の実施の形態3にかかる光部品の断面図である。本実施の形態は、実施の形態1の変形例である。図6に示すように、本実施の形態の光部品は、実施の形態1の光部品に、基板1に接して配置されるプリズム8とプリズム8に接して配置されるプリズム9とを追加している。図6に示すように、プリズム8の下面は基板上面1aに接し、プリズム8の上面はプリズム9に接する。また、プリズム9は、レンズ面4bから出射される光を受光可能な位置に配置される。なお、本実施の形態では、プリズム2を第1のプリズムと呼ぶとき、プリズム8は第2のプリズム、プリズム9は第3のプリズムである。実施の形態1と同様の構成要素は実施の形態1と同一の符号を付して重複する説明を省略する。以下、実施の形態1と異なる点を説明する。
プリズム8とプリズム9のミラー面は、それぞれ基板上面1aに対して非平行である。プリズム8のミラー面とプリズム9のミラー面とは平行でなくてもよい。本実施の形態では、プリズム2およびレンズ一体化プリズム4によって上方に移動された光軸を下方に戻すことができる。光軸の高さを揃えることは光学系の基本であり、また出射窓の位置が規定されている光モジュールでは高さの調整は特に重要な要素である。プリズム8とプリズム9の水平方向すなわちZX面内での光軸は一致していなくてもよい。例えば、プリズム9の光軸をプリズム8の光軸に対してY軸まわりに回転させることにより、本実施の形態の光部品からの出射ビームの水平向きを左右に振ることもできる。またプリズム8,9は必ずしも別々に配置する必要は無く、一体の平行プリズムとして基板1上に配置されてもよい。
実施の形態4.
図7は、本発明の実施の形態4にかかる光部品の断面図である。本実施の形態は、実施の形態1の変形例である。図7に示すように、本実施の形態の光部品は、実施の形態1の光部品に、基板1に接して配置される段差10と、段差10に接して配置されるサブマウント11と、サブマウント11に接して配置される発光素子であるLD12と、基板1に接して配置されるレンズ13とを追加している。図7に示すように、段差10の下面は基板上面1aに接し、段差10の上面はサブマウント11の下面に接し、サブマウント11の上面はLD12に接する。また、レンズ13は、LD12から出射される光を受光可能な位置に配置され、プリズム2はレンズ13から出射される光を受光可能な位置に配置される。なお、本実施の形態では、レンズ一体化プリズム4のレンズを第1のレンズと呼ぶとき、レンズ13は第2のレンズである。レンズ13は、プリズム2に対向するよう配置される。実施の形態1と同様の構成要素は実施の形態1と同一の符号を付して重複する説明を省略する。以下、実施の形態1と異なる点を説明する。
図7は、本発明の実施の形態4にかかる光部品の断面図である。本実施の形態は、実施の形態1の変形例である。図7に示すように、本実施の形態の光部品は、実施の形態1の光部品に、基板1に接して配置される段差10と、段差10に接して配置されるサブマウント11と、サブマウント11に接して配置される発光素子であるLD12と、基板1に接して配置されるレンズ13とを追加している。図7に示すように、段差10の下面は基板上面1aに接し、段差10の上面はサブマウント11の下面に接し、サブマウント11の上面はLD12に接する。また、レンズ13は、LD12から出射される光を受光可能な位置に配置され、プリズム2はレンズ13から出射される光を受光可能な位置に配置される。なお、本実施の形態では、レンズ一体化プリズム4のレンズを第1のレンズと呼ぶとき、レンズ13は第2のレンズである。レンズ13は、プリズム2に対向するよう配置される。実施の形態1と同様の構成要素は実施の形態1と同一の符号を付して重複する説明を省略する。以下、実施の形態1と異なる点を説明する。
実施の形態1では出射広がり角の広い光束が入射されると、プリズム2とレンズ一体化プリズム4の接合部以外を通る光は出射光路の調整ができず、所謂ケラレ損失となる。本実施の形態では、光源として出射広がり角の大きい光を生成するLD12を用いる場合であっても、LD12から出力された光をレンズ13により出射広がり角の狭い光束にすることにより、ケラレ損失を抑制できる。通常、LD12、サブマウント11、段差10、プリズム2、レンズ一体化プリズム4には高さ公差が生じるが、高さ公差による光軸のずれは実施の形態1で述べたように、レンズ一体化プリズム4を光路中心5aの方向に移動させることにより補正できる。また、LD12から出力された光がレンズ13の通過後は集光されるように各部材を配置することで、プリズム2およびレンズ一体化プリズム4でのケラレ損失を低減することができる。
また本実施の形態では、レンズ一体化プリズム4透過後の光軸の高さに比べLD12の光軸の高さが低いため、光部品がパッケージとして実装された場合、LD12がパッケージの底面に近く、LD12の発熱をパッケージ外へと放熱させることが容易となる。
本実施の形態では、光の入射元がLD12である例を説明したが、LD12に限らず、光の入射元が合波器チップの導波路、導波路型受光素子、側面入射型受光素子、ファイバ等である場合にも上述したレンズ13を用いた調整方法を適用できる。また、本実施の形態では、光の入射方向が基板1に水平な例を説明したが、光の入射方向が基板1に垂直であった場合でもミラーで反射させる等により基板1に平行な光路とすることにより、同様の調整が可能である。
なお、段差10は、LD12およびサブマウント11とレンズ13の高さの差を補正するために用いているが、高さの差の補正が必要の無い場合には段差10を備えなくてもよい。
また、LDおよびサブマウントは1つに限らず、LDおよびサブマウントを並列に複数配置した構成としてもよい。図8は、LDおよびサブマウントを複数備える本実施の形態の光部品の上面図である。図8に示すように、段差10の上にサブマウント11−1〜11−4を並列に配置し、各サブマウント11−1〜11−4の上にLD12−1〜12−4を配置する。また、LD12−1〜12−4にそれぞれ対応して、レンズ13−1〜13−4を基板1上に配置し、レンズ一体化プリズム4−1〜4−4をプリズム2上に配置する。このようにLDとサブマウントを並列に複数配置することは、集積光モジュールでは一般的に行われており、これにより各LDへの高周波電気信号の入出力が容易になる。なお、高さ方向のばらつきを抑えるために、段差10を共通化することが望ましい。サブマウント11を共通化し、その上に各LDをフリップ配置すること、またはLD自体に複数の出射チャネルポートを集積できるとさらに好ましい。LDが複数の出射チャネルポートを有することで、多芯ファイバへ結合させたり、合波器で集約したりすることができ、伝送容量を大きくすることができる。特に、複数の出射チャネルポートの相対高さと相対間隔を精密に合わせた状態でLDを配置できると、レンズアレイを用いることでまとめて実装することができ利便性が向上する。また、レンズ13−1〜13−4はマイクロレンズアレイであってもよい。図8では、LDおよびサブマウントを4つ備える例を示したが、LDおよびサブマウントの数は4つに限定されない。
実施の形態5.
図9は、本発明の実施の形態5にかかる光部品の断面図である。本実施の形態は、実施の形態4の変形例である。図9に示すように、本実施の形態の光部品は、実施の形態4の光部品に、光強度を測定する受光素子であるモニタPD14を追加している。モニタPD14の活性層面は基板1に平行である。なお、図9ではモニタPD14の固定に用いる構造物の図示を省略している。モニタPD14の固定方法はどのような方法を用いてもよいが、一例として、基板1に橋脚を立て、橋脚の上にモニタPD14を貼り付けたモニタPD基板を乗せる方法を用いることができる。実施の形態4と同様の構成要素は実施の形態4と同一の符号を付して重複する説明を省略する。以下、実施の形態4と異なる点を説明する。
図9は、本発明の実施の形態5にかかる光部品の断面図である。本実施の形態は、実施の形態4の変形例である。図9に示すように、本実施の形態の光部品は、実施の形態4の光部品に、光強度を測定する受光素子であるモニタPD14を追加している。モニタPD14の活性層面は基板1に平行である。なお、図9ではモニタPD14の固定に用いる構造物の図示を省略している。モニタPD14の固定方法はどのような方法を用いてもよいが、一例として、基板1に橋脚を立て、橋脚の上にモニタPD14を貼り付けたモニタPD基板を乗せる方法を用いることができる。実施の形態4と同様の構成要素は実施の形態4と同一の符号を付して重複する説明を省略する。以下、実施の形態4と異なる点を説明する。
本実施の形態では、レンズ一体化ミラー4のミラー面4aの反射率をわずかに下げて、ミラー面4aへ入射された光を一定比率透過させる。これにより、レンズ一体化ミラー4の上方にLD12から出力された光の一部が出射される。レンズ一体化ミラー4の上面に対向するよう配置されたモニタPD14が、レンズ一体化ミラー4の上方に出射された光を受光することでLD12の光強度をモニタリングすることができる。光モジュールでは、このようにLD12の光強度をモニタするモニタPD14が必要である。LD12の後方すなわち−Z方向にはドライバが配置される場合があり、その場合モニタPDを後方に配置することは困難である。モニタPDを前方すなわちZ方向に配置する場合は一般にプリズムを付加して光路を一部分ける必要があるが、本実施の形態の光部品は既にレンズ一体化プリズム4を備えているため、新たにプリズムを付加することなく、モニタPD14の前方配置を容易に実現できる。
またレンズ13によるLD12の実像をモニタPD14上に結合させるように配置することができるため、レンズ13を備えない場合に比べモニタPD14のサイズを縮小でき、迷光の抑制およびモニタPDのコスト削減を実現することができる。またモニタPD14でモニタリングした光強度を基準として、位置調整を行うことができる。例えば、モニタPD14でモニタリングした光強度が小さい場合には位置ずれが大きいと考えられるため、光強度が大きくなるようにレンズ一体化ミラー4を移動させることにより、位置調整を行うことができる。
実施の形態6.
図10は、本発明の実施の形態6にかかる光部品の断面図を示す図である。本実施の形態は、実施の形態4の変形例である。図10に示すように、本実施の形態の光部品は、実施の形態4の光部品に、基板1に接する台15と、台15に接するレンズ16および導波路17とを追加している。また、本実施の形態では、製造時に、入射される光を観測する観測装置18,19を用いる。図10に示すように、台15の下面は基板上面1aに接し、台15の上面はレンズ16および導波路17に接する。また、レンズ16は、レンズ面4bから出射される光を受光可能な位置に配置され、導波路17はレンズ16から出射される光を受光可能な位置に配置される。なお、本実施の形態では、レンズ一体化プリズム4のレンズを第1のレンズと呼び、レンズ13を第2のレンズと呼ぶとき、レンズ16は第3のレンズである。レンズ16は、レンズ一体化プリズム4のレンズ面4bに対向するよう配置される。また、導波路17はレンズ16に対向するようレンズ16の出射側に配置される。実施の形態4と同様の構成要素は実施の形態4と同一の符号を付して重複する説明を省略する。以下、実施の形態4と異なる点を説明する。
図10は、本発明の実施の形態6にかかる光部品の断面図を示す図である。本実施の形態は、実施の形態4の変形例である。図10に示すように、本実施の形態の光部品は、実施の形態4の光部品に、基板1に接する台15と、台15に接するレンズ16および導波路17とを追加している。また、本実施の形態では、製造時に、入射される光を観測する観測装置18,19を用いる。図10に示すように、台15の下面は基板上面1aに接し、台15の上面はレンズ16および導波路17に接する。また、レンズ16は、レンズ面4bから出射される光を受光可能な位置に配置され、導波路17はレンズ16から出射される光を受光可能な位置に配置される。なお、本実施の形態では、レンズ一体化プリズム4のレンズを第1のレンズと呼び、レンズ13を第2のレンズと呼ぶとき、レンズ16は第3のレンズである。レンズ16は、レンズ一体化プリズム4のレンズ面4bに対向するよう配置される。また、導波路17はレンズ16に対向するようレンズ16の出射側に配置される。実施の形態4と同様の構成要素は実施の形態4と同一の符号を付して重複する説明を省略する。以下、実施の形態4と異なる点を説明する。
本実施の形態では、LD12から出射されレンズ面4bを透過した後の光がコリメート光である場合、レンズ16がレンズ面4bから出射された光を集光して導波路17へ入射させる。レンズ面4bを透過した後の光が非コリメート光である場合、レンズ16を備えなくてもよい。観測装置18,19は、製造時のみ使用するため、光部品、光モジュールおよび光部品の製造方法の構成要素でなくてよい。
LD12と導波路17の配置を固定した後、レンズ一体化プリズム4およびレンズ16を水平方向に移動させることで光軸を調整することができる。ここで、レンズ一体化プリズム4のミラー面4aの反射率をわずかに下げて、ミラー面4aへ入射された光を一定比率透過させる。そして、観測装置18,19をレンズ一体化プリズム4の側面、上面方向に各々配置すると、LD12からの出射光の光軸と導波路17の出射端面の光軸とのずれを観測できる。具体的には、LD12からの出射光をレンズ16で導波路17の端面へと集光させる。この集光された光は導波路17の端面で散乱され、その光はレンズ一体化プリズム4を透過して観測装置18で観測できる。ここで、導波路17からも反対方向すなわち−Z方向へと光を出射させると、この出射光はレンズ一体化プリズム4を透過して観測装置18で観測できる。この結果、観測装置18は、LD12からの出射光と導波路17の出射光との両方を観測することができ、両者の光軸の調整が可能である。観測装置19を用いる場合は、導波路17からの出射光がLD12端面で集光されて散乱された光と、LD12からの出射光とを観測することができる。観測装置18と観測装置19はいずれか一方を用いてもよいし、両方を用いてもよい。
実施の形態7.
次に、本発明の実施の形態7にかかる光部品について説明する。本実施の形態では、実施の形態1〜実施の形態6で述べた光部品を金属または樹脂パッケージに封入する。これにより、気密性を確保することができる、衝撃を吸収することができる、持ち運びやすい、他の部品へ接続しやすいなどの効果が得られる。
次に、本発明の実施の形態7にかかる光部品について説明する。本実施の形態では、実施の形態1〜実施の形態6で述べた光部品を金属または樹脂パッケージに封入する。これにより、気密性を確保することができる、衝撃を吸収することができる、持ち運びやすい、他の部品へ接続しやすいなどの効果が得られる。
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
1 基板、1a 基板上面、2,8,9 プリズム、2a,4a ミラー面、2b プリズム上面、2c,4d プリズム下面、3 接合部材、4,4−1〜4−4 レンズ一体化プリズム、4b レンズ面、4c レンズ主面、5a,5b,5c,5d,5e,5f 光路中心、6,15 台、7,13,13−1〜13−4,16 レンズ、10 段差、11,11−1〜11−4 サブマウント、12,12−1〜12−4 LD、14
モニタPD、17 導波路。
モニタPD、17 導波路。
Claims (15)
- 基板と、
前記基板の上面に接して配置されたプリズムと、
レンズとプリズムを一体化したレンズ一体化プリズムと、
光を透過させる接合部材と、
を備え、
前記プリズムと前記レンズ一体化プリズムは、前記接合部材を介して接合されており、
前記レンズ一体化プリズムの前記プリズム側の面である下面、前記プリズムの前記基板の上面と接する面である下面、および前記プリズムの上面が、前記基板の上面に対して平行であり、
前記レンズ一体化プリズムおよびプリズムのミラー面が、各々前記基板の上面に非平行かつ前記レンズ一体化プリズムのレンズの光軸に対して非平行であり、
前記プリズムへ入射する光の光路中心は前記基板の上面と平行であり、前記レンズ一体化プリズムのレンズの光軸が前記基板の上面と平行であることを特徴とする光部品。 - 前記接合部材は、熱硬化性接合剤または紫外線硬化接合剤であることを特徴とする請求項1に記載の光部品。
- 前記レンズ一体化プリズムのレンズは、凸レンズであることを特徴とする請求項1または2に記載の光部品。
- 前記レンズ一体化プリズムのレンズは、凹レンズであることを特徴とする請求項1または2に記載の光部品。
- 前記レンズ一体化プリズムのレンズである第1のレンズのレンズ面に対向するよう配置された第2のレンズ、
をさらに備え、
前記第2のレンズは、前記基板の上面に配置され、
前記第2のレンズの光軸は、前記基板の上面と平行であることを特徴とする請求項1から4のいずれか1つに記載の光部品。 - 前記基板の上面に配置された台と、
前記レンズ一体化プリズムのレンズである第1のレンズのレンズ面に対向するよう配置された第2のレンズ、
をさらに備え、
前記第2のレンズは、前記台の上面に配置され、
前記第2のレンズの光軸は、前記基板の上面と平行であることを特徴とする請求項1から4のいずれか1つに記載の光部品。 - 前記プリズムを第1のプリズムとし、
前記基板の上面に接して配置された第2のプリズムと、
前記第2のプリズムの上面に接して配置された第3のプリズムと、
をさらに備え、
前記第2のプリズムおよび前記第3のプリズムのミラー面が各々前記基板に対して非平行であることを特徴とする請求項1から4のいずれか1つに記載の光部品。 - 前記レンズ一体化プリズムのレンズを第1のレンズとし、
発光素子と、
前記発光素子から出射される光を集光し前記プリズムへ入射させる第2のレンズと、
をさらに備えることを特徴とする請求項1から4のいずれか1つに記載の光部品。 - 前記レンズ一体化プリズム、前記第2のレンズおよび前記発光素子を各々複数備えることを特徴とする請求項8に記載の光部品。
- 前記プリズムの上面に対向するよう配置された受光素子、
をさらに備え、
前記受光素子の活性層面は前記基板に平行であることを特徴とする請求項8に記載の光部品。 - 前記第1のレンズのレンズ面に対向するよう配置された第3のレンズと、
前記第3のレンズより出射側に前記第3のレンズのレンズ面に対向するよう配置された導波路と、
をさらに備えることを特徴とする請求項8に記載の光部品。 - 前記レンズ一体化プリズムのミラー面と前記プリズムのミラー面とが平行であることを特徴とする請求項1から11のいずれか1つに記載の光部品。
- 金属または樹脂パッケージに封入されたことを特徴とする請求項1から12のいずれか1つに記載の光部品。
- 請求項1から13のいずれか1つに記載の光部品を備えることを特徴とする光モジュール。
- 光部品の製造方法であって、
基板の上面に接してプリズムを配置し、前記プリズムとレンズ一体化プリズムを接合するための接合部材を配置する第1のステップと、
前記接合部材が硬化する前に、前記レンズ一体化プリズムを前記接合部材に接して配置し前記レンズ一体化プリズムを前記光部品の入射光の光軸方向に移動させることにより前記光部品から出射される光の仰俯角を調整する第2のステップと、
前記第2のステップの後に前記接合部材を硬化させる第3のステップと
を含み、
前記接合部材は光を透過させる部材であり、
前記レンズ一体化プリズムの前記プリズム側の面である下面、前記プリズムの前記基板の上面と接する面である下面、および前記プリズムの上面が、前記基板の上面に対して平行であり、
前記レンズ一体化プリズムおよびプリズムのミラー面が、各々前記基板に非平行かつ前記レンズ一体化プリズムのレンズの光軸に対して非平行であり、
前記プリズムへ入射する光の光路中心は前記基板の上面と平行であり、前記レンズ一体化プリズムのレンズの光軸が前記基板の上面と平行であることを特徴とする光部品の製造方法。
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