JP6455831B2 - 光通信モジュール - Google Patents

Description

本発明は、光通信モジュールに関し、より具体的には、光トランシーバ等の光通信モジュールにおける光デバイス、光コネクター、光導波路等の配置に関する。

光インターコネクト技術は、コンピュータの１つの信号Ｉ／Ｏとして必須なものになりつつある。その場合、重要なことは、必要なバンド幅（チャンネル数）を小型及び低コストで実現することである。そのためには光トランシーバを小型で高集積にしていく必要がある。

光トランシーバを例えばレーザダイオード（ＬＤ）等の発光デバイスとその駆動回路、フォトダイオード（ＰＤ）等の受光デバイスとその増幅回路の４つを含む構成とするとき、発光デバイスと受光デバイスは１次元配列とするのが最も使用が容易で、かつ駆動回路及び増幅回路との電気的接続も容易となる。しかし、従来の光トランシーバでは、発光デバイスと受光デバイスは、電気信号と光信号の双方の接続点が同じ面内にあり、互いに空間的に隔離する必要があるため、デバイスの１次元線密度を上げることは難しかった。

一方、駆動回路及び増幅回路は、チャンネル毎にモジュール化した細長い回路配置としたとき、信号の入出力がもっとも効果的におこなえる。このような状況下で、光トランシーバのチャンネル数を増やすには、モジュール化した複数チャンネルを有する発光デバイスとその駆動回路、及び受光デバイスとその増幅回路を複数個実装して１つの光トランシーバを構成することが求められる。

特開２０１２−０８８６３４号公報 特開２００７−２６４０３３号公報

したがって、本発明の目的は、多チャンネルに対応した高密度な光トランシーバ等の光通信モジュールを提供することであり、より具体的には、その高密度な光通信モジュールを実現するための光デバイス、光コネクター、光導波路等の新しい配置／構成を提供することである。

本発明の一態様では、光通信モジュールが提供される。その光通信モジュールは、
（ａ）基板の第１面に設けられた光コネクター用の光入出力部であって、Ｎ個の格子点の各々に配置された入射光を直角に反射する第１光反射部材を含む、光コネクター用の光入出力部と、
（ｂ）前記基板の第１面に前記光コネクター用の光入出力部に隣接して設けられた光デバイス用の光入出力部であって、前記光コネクター用の光入出力部の前記Ｎ個の格子点の格子点間隔と同じ間隔で直線状に配置されたＮ個の入射光を直角に反射する第２光反射部材を含む、光デバイス用の光入出力部と、
（ｃ）前記基板の第１面に設けられ、前記光コネクター用の光入出力部の第１光反射部材の各々と前記第２光反射部材の各々とを一対一対応で接続する、互いに等間隔で平行に配置された複数の光導波路と、
（ｄ）前記基板の第２面に設けられ、前記光デバイス用の光入出力部の前記第２光反射部材の各々の下側に設けられた前記基板のＮ個の光透過部に位置合わせされたＮ個の受光部または出光部を備える光デバイスと、を備える。

本発明の一態様によれば、基板の２つの面に光導波路と光デバイスを分けて配置し、１つの面において光デバイス用の光入出力部と光コネクター用の光入出力部とを多チャンネルで光接続する光導波路を配置することにより、多チャンネルで高密度な光通信モジュールを得ることが可能となる。

本発明の一態様では、光トランシーバが提供される。その光トランシーバは、
（ａ）基板の第１面に設けられた光コネクター用の光入出力部であって、２Ｎ個の格子点の各々に配置された入射光を直角に反射する第１光反射部材を含む、光コネクター用の光入出力部と、
（ｂ）前記基板の第１面に前記光コネクター用の光入出力部に隣接して設けられた第１光入力部であって、前記光コネクター用の光入出力部の前記２Ｎ個の格子点の格子点間隔と同じ間隔で直線状に配置されたＮ個の入射光を直角に反射する第２光反射部材を含む、第１光入力部と、
（ｃ）前記基板の第１面に前記光コネクター用の光入出力部に隣接して設けられた第２光出力部であって、前記光コネクター用の光入出力部の前記２Ｎ個の格子点の格子点間隔と同じ間隔で直線状に配置されたＮ個の入射光を直角に反射する第３光反射部材を含む、第２光出力部と、
（ｄ）前記基板の第１面に設けられ、前記光コネクター用の光入出力部の第１光反射部材の各々と前記第２光反射部材の各々とを一対一対応で接続する、互いに等間隔で平行に配置された複数の第１光導波路と、
（ｅ）前記基板の第１面に設けられ、前記光コネクター用の光入出力部の第１光反射部材の各々と前記第３光反射部材の各々とを一対一対応で接続する、互いに等間隔で平行に配置された複数の第２光導波路と、
（ｆ）前記基板の第２面に設けられ、前記第１光入力部の前記第２光反射部材の各々の下側に設けられた前記基板のＮ個の第１光透過部に位置合わせされたＮ個の受光部を備える受光デバイスと、
（ｇ）前記基板の第２面に設けられ、前記第２光出力部の前記第３光反射部材の各々の下側に設けられた前記基板のＮ個の第２光透過部に位置合わせされたＮ個の出光部を備える発光デバイスと、を備える。

本発明の一態様によれば、基板の２つの面に、第１及び第２の光導波路と、受光デバイス及び発光デバイスとを分けて配置し、１つの面において受光デバイス及び発光デバイス用の光入力部と光コネクター用の光入出力部とを多チャンネルで光接続する第１及び第２の光導波路を配置することにより、多チャンネルで高密度な光トランシーバを得ることが可能となる。

本発明の一実施形態の光トランシーバの構成を示す平面図である。 本発明の一実施形態の光トランシーバの構成を示す平面図である。 本発明の一実施形態の光トランシーバの構成を示す断面図である。 本発明の光入出力部と光導波路の基本的な構成／配置を示す平面図である。 本発明の一実施形態の光入出力部と光導波路の配置を示す平面図である。 本発明の一実施形態の光入出力部と光導波路の配置を示す平面図である。 本発明の一実施形態の光入出力部と光導波路の配置を示す平面図である。

図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。以下の実施形態では、光通信モジュールとして、発光デバイスと受光デバイスを含む光トランシーバの一実施例を説明する。しかし、本発明はこれに限定されず、光通信モジュールとして、例えば、発光デバイスのみの構成、受光デバイスのみの構成といったような他の実施形態をも含むことができる。また、光通信モジュールにおいて使用する発光デバイスと受光デバイスは、基板上の光導波路を介して光を伝送可能なものであれば基本的にその種類を問わず、あらゆる種類のデバイスを利用することができる。

図１と図２は、本発明の一実施形態の光トランシーバの構成を示す平面図である。図１は、光トランシーバ１００の第２の面（以下、単に「表面」と呼ぶ）の構成を示す。図２は、光トランシーバ１００の第２の面の反対側（裏側）にある第１の面（以下、単に「裏面」と呼ぶ）の構成を示す。図３は、本発明の一実施形態のトランシーバの構成を示す断面図である。以下、これらの図を参照しながら本発明の光トランシーバ１００の一実施形態の構成について説明する。

図１の光トランシーバ１００は、基板１０の表面に設けられた、１つの光コネクター用の光入出力部１２、２つの受光デバイス２０、２２、２つの発光デバイス２４、２６、受光デバイス用の増幅回路（アンプ）２８、３０、及び発光デバイス用の駆動回路（ドライバ）３２、３４を含む。光コネクター用の光入出力部１２は、基板１０の水平（横）方向に対して、略垂直に配置される。２つの受光デバイス２０、２２と、２つの発光デバイス２４、２６は、光コネクター用の光入出力部１２に近くに（隣接して）互いに略平行に配置される。

受光デバイス２０、２２は、それぞれ配線３６を介して増幅回路２８、３０に電気的に接続する。同様に、発光デバイス２４、２６は、それぞれ配線３６を介して駆動回路３２、３４に電気的に接続する。なお、受光デバイス２０、２２と発光デバイス２４、２６の配置を図１の上下で入れ替えた構成であっても良い。また、受光デバイス２０（３０）の隣に発光デバイス２４（２６）を配置することもできる。

受光デバイス２０、２２は、例えば、受光部がアレイ状（直線状）に並んだフォトダイオード（ＰＤ）を用いることができる。発光デバイス２４、２６は、例えば、垂直共振面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）等のレーザダイオード（ＬＤ）を用いることができる。なお、以下の説明では、受光デバイスと発光デバイスをそのいずれか１方または双方を示す意味で光デバイスと総称として呼ぶ場合がある。

図１の光コネクター用の光入出力部１２は、方形を成す４８（４×１２）個の格子点１４を備え、格子点１４の各々には、光を基板の表面と裏面との間で透過させるための貫通孔（開口）が設けられている。貫通孔に代わって、光を透過する透明部材を格子点１４の各々に、あるいは格子点１４の全体に対して１つ設けることもできる。

図１の光デバイス２０〜２６は、いずれも横（水平）方向に一列に並んだ１〜１２のチャンネル（Ｃｈ）の光入出部（点）を備える。光デバイス２０〜２６のチャンネル（Ｃｈ）数は、光コネクター用の光入出力部１２の格子点数（Ｃｈ数）に応じて増減させることができる。図１の例では、４つの光デバイスの各々が１２Ｃｈの光入出部を備えるので、光コネクター用の光入出力部１２は少なくとも４８個の格子点（Ｃｈ）を有する。この場合、光トランシーバ１００は最大４８ｃｈでの光通信が可能な光トランシーバを構成することになる。

図２の基板１０の裏面には、光コネクター用の光入出力部１３、光デバイス用の光入出力部４２〜４８、及び複数の光導波路４０が設けられている。光コネクター用の光入出力部１３は、図１の光コネクター用の光入出力部１２に対応している。光デバイス用の光入出力部４２〜４８は、順番に図１の受光デバイス２０、２２、発光デバイス２４、２６に対応している。複数の光導波路４０は、光コネクター用の光入出力部１３と光デバイス用の光入出力部４２〜４８との間に設けられている。図２では、光導波路４０は、チャンネル毎に設けられ、全体でチャンネル（Ｃｈ）の総数に等しい４８本設けられている。なお、図１の受光デバイス２０等の構成部品は、図２においていずれも同じ符号を付けられた破線で囲まれた領域としてその配置が示されている。

図２の光コネクター用の光入出力部１３は、図１の光コネクター用の光入出力部１２の４８個の格子点１４に対応した４８個の格子点１５を含む。格子点１５の各々の位置には、接続する光導波路４０を通って入射する光、あるいは光コネクターを介して外部から入射する光を略直角に反射する光反射部材が設けられている。光デバイス用の光入出力部４２〜４８の各々は、横（水平）方向に直線状に配置された１２個の光入出力点５０〜５６に設けられた光反射部材を含む。この光反射部材は、詳細は後述するように、光導波路４０からの光あるいは光デバイスからの光を略直角に反射させるために設けられる。

光入出力点５０〜５６の各々には、光を基板の表面と裏面との間で透過させるための貫通孔（開口）が設けられている。貫通孔及び上記した反射部材を介して光デバイスと光導波路とが光接続される。この光接続については図３を参照してさらに後述する。なお貫通孔に代わって、光を透過する透明部材を光入出力点５０〜５６の各々に設け、あるいは光入出力部４２〜４８の各々に対して１つづつ設けるようにしても良い。

４８本の光導波路４０の各々は、図２に示されるように、光コネクター用の光入出力部１３の１つの格子点１５における光反射部材と、光デバイス用の光入出力部４２〜４８の１つ中の対応する光入出力点における光反射部材とを１対１対応で接続するように配置される。４８本の光導波路４０の各々は、互いに所定の間隔を保って平行に配置される。１本の光導波路４０は１つのチャンネルに対応し、各チャンネルの光信号が互いに分離された形で光導波路４０内を伝送する。

図３は、図１、図２の光トランシーバ１００の平面図中のＡ−Ａ位置での断面図である。なお、図３では、説明の都合上、図１及び図２で示した基板１０の「表面」が下側にあり「裏面」が上側にある図になっている。基板１０は、例えば、印刷回路基板や多層配線基板等の任意の回路基板を用いることができる。基板下側の表面には、受光デバイス２０、２２が配置されている。受光デバイス２０、２２の１〜１２のチャンネルの各位置には、貫通孔６０が設けられている。貫通孔に代わって透明部材を設けても良いことは既に上述した通りである。

上側の基板１０の裏面には、受光デバイスの各チャンネルの貫通孔６０の上部の光入出力点６２に光反射部材６２が設けられている。光反射部材６２は、例えば４５度ミラー等の９０度偏向構造物からなる。光導波路４０からの入射光は、光反射部材６２で直角に曲げられ貫通孔を通過して受光デバイス２０（２２）の受光部に入射する。発光デバイス２４、２６の場合は、発光デバイスからの出射光は、貫通孔を通過して光反射部材６２で直角に曲げられ光導波路４０に導かれる。なお、図３では、破線の矢印が光の伝播を示している。

図３の右端の破線７０は、基板１０の表面または裏面に接続される光コネクターを示している。光コネクターは、基板１０の表面または裏面のいずれかを選択して接続することができる。光コネクターを受ける光コネクター用の光入出力部１３（図２）の格子点６４の各々には、光反射部材６８が設けられている。既に上述したように、光反射部材６８は、接続する光導波路４０を通って入射する光、あるいは光コネクター７０を介して外部から入射する光を基板１０の上方または下方へ向けて略直角に反射する。光コネクターは、伝播する光の光結合効率を高めるために、さらにチャンネル毎に基板との接続点の近傍にレンズを有するようにすることもできる。

図４は、本発明の光入出力部と光導波路の基本的な構成／配置を示す平面図である。光デバイス用の光入出力部４２は、１２チャンネルの光入出力点（反射部材）５０を含む。光コネクター用の入出力部１２は、１２チャンネルの光入出力点（反射部材）５０に対応して、１２個の格子点（光反射部材）１５を含む。隣接する入出力点（反射部材）５０の間隔ｄ１は、隣接する格子点（光反射部材）１５の間隔ｄ１と同じである。なお、チャンネル数は１２に限定されず、任意のチャンネル数とすることができることは言うまでもない。

１つの光入出力点（光反射部材）５０と１つの格子点（光反射部材）１５は、光導波路４０によって接続されている。１２本の光導波路４０は、一列に並ぶ光入出力点（光反射部材）５０の方向（横方向）に対して所定の角度θを保つように配置される。そして、１２本の光導波路４０は互いに平行でかつ所定の間隔を保持する。光導波路間の所定の間隔は、例えば約６０μｍである。その結果、各光導波路は対応するチャンネルの光信号を混在させることなく伝送させることができる。なお、伝播する光の光結合効率を高めるために、光導波路４０と光入出力点（光反射部材）５０の接続箇所に、あるいは光導波路４０と格子点（光反射部材）１５との接続箇所にレンズや曲面ミラーを配置することもできる。

光導波路４０の所定の角度θは、一般的には、光コネクター用の入出力部１２の格子点の数Ｎを用いて、

θ＝ｔａｎ^−１（１／Ｎ）

と定めることができる。図３の例では、格子点の数Ｎ＝４なので、上記式にＮ＝４を代入して、θは約１４度と定められる。光導波路４０は、所定のコア径を備える光ファイバーを用いることができる。所定のコア径は、例えば約３０μｍである。また、光導波路４０のＮＡは、光ファイバーのＮＡと同じかそれよりも大きいＮＡとすることができる。

次に、図５〜図７を参照しながら、本発明の光入出力部と光導波路の構成／配置の変形例について説明する。図５〜図７は、いずれも本発明の一実施形態の光入出力部と光導波路の配置を示す平面図である。図５では、４つの光デバイス用の光入出力部４２１〜４２４が、互いに平行に所定の間隔を持って配置されている。光コネクターの光入出力部１２は、４つの光デバイス用の光入出力部４２１〜４２４の右側に隣接して配置されている。

４つの光デバイス用の光入出力部４２１〜４２４と、光コネクターの光入出力部１２との間には、既に上述したように、光導波路４０が所定の規則性（間隔、平行）を持って配置されている。なお、図示はしていないが、光コネクターの光入出力部１２を４つの光デバイス用の光入出力部４２１〜４２４の左側に隣接して配置することもできる。その場合は、光導波路４０が同様な規則性を保持しつつ、図の左側方向に向かって延びるように配置される。

図６と図７は、いずれも光コネクターの光入出力部１２が左右に分かれて配置される光デバイス用の光入出力部の間に（中央に）配置される配置例を示している。図６では、上下に隣接する２つの光デバイス用の光入出力部４２５と４２６が光コネクターの光入出力部１２の左側に配置され、上下に隣接する２つの光デバイス用の光入出力部４２７と４２８が光コネクターの光入出力部１２の右側に配置されている。４つの光デバイス用の光入出力部４２５〜４２８と、光コネクターの光入出力部１２との間には、同様に、光導波路４０が所定の規則性（間隔、平行）を持って配置されている。

図７では、中央の光コネクターの光入出力部１２に対して、その左側と右側で順番に交互に光デバイス用の光入出力部４２９〜４３２が配置される配置例を示している。光導波路４０は、同様に、所定の規則性（間隔、平行）を持って配置されている。この場合、光導波路４０の配置方向は、上から順番に左向き、右向き、左向き、右向きと変化している。なお、図５〜図７に示す配置例は、いずれも一実施例であり、上述した本発明の配置に関する所定の規則性が保持される範囲において複数の任意の配置を設定（選択）することができることは言うまでもない。

本発明の実施形態について、図を参照しながら説明をした。しかし、本発明はこれらの実施形態に限られるものではない。本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々なる改良、修正、変形を加えた態様で実施できるものである。

１０ 基板
１２、１３ 光コネクター用の光入出力部
１４、１５、６４ 格子点（光反射部材）
２０、２２ 受光デバイス
２４、２６ 発光デバイス
２８、３０ 増幅回路
３２、３４ 駆動回路
３６ 配線
４０ 光導波路
４２、４４、４６、４８、６２、４２１〜４３２ 光デバイス用の光入出力部
５０、５２、５４、５６ 光入出力点（光反射部材）
６０ 貫通孔
６６、６８ 光反射部材
７０ 光コネクター
１００ 光トランシーバ

Claims (17)

1. 光通信モジュールであって、
   基板の第１面に設けられた光コネクター用の光入出力部であって、Ｎ個の格子点の各々に配置された入射光を直角に反射する第１光反射部材を含む、光コネクター用の光入出力部と、
   前記基板の第１面に前記光コネクター用の光入出力部に隣接して設けられた光デバイス用の光入出力部であって、前記光コネクター用の光入出力部の前記Ｎ個の格子点の格子点間隔と同じ間隔で直線状に配置されたＮ個の入射光を直角に反射する第２光反射部材を含む、光デバイス用の光入出力部と、
   前記基板の第１面に設けられ、前記光コネクター用の光入出力部の第１光反射部材の各々と前記第２光反射部材の各々とを一対一対応で接続する、互いに等間隔で平行に配置された複数の光導波路と、
   前記基板の第２面に設けられ、前記光デバイス用の光入出力部の前記第２光反射部材の各々の下側に設けられた前記基板のＮ個の光透過部に位置合わせされたＮ個の受光部または出光部を備える光デバイスと、
   を備える、光通信モジュール。
2. 前記光コネクター用の光入出力部は光コネクターに接続し、前記第１光反射部材によって前記基板の第１面の上方への反射光を前記光コネクターに導くことを特徴とする、請求項１に記載の光通信モジュール。
3. 前記光コネクター用の光入出力部は、前記第１光反射部材の各々の下側に設けられた前記基板のＮ個の光透過部を介して、反射光を前記基板の第２面に接続する光コネクターに導くことを特徴とする、請求項１に記載の光通信モジュール。
4. 前記光デバイス用の光入出力部の前記第２光反射部材の前記直線状の配置方向は、前記光コネクター用の光入出力部の前記Ｎ個の格子点の水平方向に平行である、請求項１に記載の光通信モジュール。
5. 前記複数の光導波路は、前記第２光反射部材の前記直線状の配置方向に対して所定の角度で配置される、請求項４に記載の光通信モジュール。
6. 前記光デバイス用の光入出力部は、それぞれ（Ｎ／２）個の反射部材を含む第１光入出力部と第２光入出力部とを含み、前記光コネクター用の光入出力部は、前記基板の第１面の前記第１光入出力部および前記第２光入出力部の外側、または中間に配置される、請求項１に記載の光通信モジュール。
7. 前記光デバイスは、受光デバイスまたは発光デバイスのいずれか一方または双方を含む、請求項１に記載の光通信モジュール。
8. 前記第１光入出力部は受光デバイスの光入力部であり、前記第２光入出力部は発光デバイスの光出力部である、請求項６に記載の光通信モジュール。
9. 前記基板のＮ個の光透過部は、前記Ｎ個の受光部への光または前記Ｎ個の出光部からの光に対して透明な部材、あるいはＮ個の開口部を含む、請求項１に記載の光通信モジュール。
10. 光トランシーバであって、
    基板の第１面に設けられた光コネクター用の光入出力部であって、２Ｎ個の格子点の各々に配置された入射光を直角に反射する第１光反射部材を含む、光コネクター用の光入出力部と、
    前記基板の第１面に前記光コネクター用の光入出力部に隣接して設けられた第１光入力部であって、前記光コネクター用の光入出力部の前記２Ｎ個の格子点の格子点間隔と同じ間隔で直線状に配置されたＮ個の入射光を直角に反射する第２光反射部材を含む、第１光入力部と、
    前記基板の第１面に前記光コネクター用の光入出力部に隣接して設けられた第２光出力部であって、前記光コネクター用の光入出力部の前記２Ｎ個の格子点の格子点間隔と同じ間隔で直線状に配置されたＮ個の入射光を直角に反射する第３光反射部材を含む、第２光出力部と、
    前記基板の第１面に設けられ、前記光コネクター用の光入出力部の第１光反射部材の各々と前記第２光反射部材の各々とを一対一対応で接続する、互いに等間隔で平行に配置された複数の第１光導波路と、
    前記基板の第１面に設けられ、前記光コネクター用の光入出力部の第１光反射部材の各々と前記第３光反射部材の各々とを一対一対応で接続する、互いに等間隔で平行に配置された複数の第２光導波路と、
    前記基板の第２面に設けられ、前記第１光入力部の前記第２光反射部材の各々の下側に設けられた前記基板のＮ個の第１光透過部に位置合わせされたＮ個の受光部を備える受光デバイスと、
    前記基板の第２面に設けられ、前記第２光出力部の前記第３光反射部材の各々の下側に設けられた前記基板のＮ個の第２光透過部に位置合わせされたＮ個の出光部を備える発光デバイスと、
    を備える、光トランシーバ。
11. 前記光コネクター用の光入出力部は光コネクターに接続し、前記第１光反射部材によって前記基板の第１面の上方への反射光を前記光コネクターに導くことを特徴とする、請求項１０に記載の光トランシーバ。
12. 前記光コネクター用の光入出力部は、前記第１光反射部材の各々の下側に設けられた前記基板の２Ｎ個の開口部を介して、反射光を前記基板の第２面に接続する光コネクターに導くことを特徴とする、請求項１０に記載の光トランシーバ。
13. 前記第１光入力部の前記第２光反射部材の前記直線状の配置方向、及び前記第２光出力部の前記第３光反射部材の前記直線状の配置方向は、いずれも前記光コネクター用の光入出力部の前記２Ｎ個の格子点の水平方向に平行である、請求項１０に記載の光トランシーバ。
14. 前記第１の複数の光導波路及び前記第２の複数の光導波路は、前記第１光入力部の前記第２光反射部材の前記直線状の配置方向及び前記第２光出力部の前記第３光反射部材の前記直線状の配置方向に対して所定の角度で配置される、請求項１３に記載の光トランシーバ。
15. 前記光コネクター用の光入出力部は、前記基板の第１面の前記第１光入力部および前記第２光出力部の外側、または中間に配置される、請求項１０に記載の光トランシーバ。
16. 前記基板のＮ個の第１光透過部及び第２光透過部は、それぞれ前記Ｎ個の受光部への光及び前記Ｎ個の出光部からの光に対して透明な部材、あるいはＮ個の開口部を含む、請求項１０に記載の光トランシーバ。
17. 前記基板の第２面に、前記受光デバイスに電気的に接続する増幅回路と、前記発光デバイスに電気的に接続する駆動回路とをさらに含む、請求項１０に記載の光トランシーバ。

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