JPH04106978A

JPH04106978A - 光回路装置

Info

Publication number: JPH04106978A
Application number: JP22409090A
Authority: JP
Inventors: Takao Shioda; 塩田　孝夫
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 1990-08-24
Filing date: 1990-08-24
Publication date: 1992-04-08

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野コ本発明は、高速電子計算器、光交換器及び通信機器等の
ように、光により情報伝達を行う光回路装置に関する。

［従来の技術］光による情報伝達は、極めて高速であると共に、電気配
線等で発生する誘導ノイズを回避することができるとい
う利点がある。そして、現在、光による情報伝達は架間
及び機器間の光通信に使用されているだけでなく、オー
ディオ機器内部のボード（プリント基板）間の接続にも
使用されている。

このボード間の接続に使用されている情報伝達方法は所
謂光リンクである。この光リンクの場合は、発光素子及
び光電変換素子をいずれも電子部品と共にボードに直接
搭載し、各ボード間を前記発光素子及び光電変換素子に
夫々連結された光ファイバにより接続するものである。

一方、半導体等からなる基板にプレーナ素子として光素
子を形成し、この光素子を直列に配置して集積化するこ
とも行なわれている。例えば、光スィッチが縦方向に４
個、横方向に４個づつ配置して設けられた４×４光マト
リツクススイツチの場合に、複数個の光マトリツクスス
イッチを直列に配置して集積化することが行なわれてい
る。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、光リンクはボード間の情報伝達には使用
できるものの、その形状が比較的大きい光ファイバによ
り接続するため、モジュール間又はチップ間のように距
離が短い場合の信号伝達には向いていない。また、光学
的軸合わせを行なう必要があり、光素子を大量に集積す
る場合は組立て作業が極めて煩雑になる。従って、光リ
ンクによる光素子の高集積化は現実的ではない。

一方、プレーナー素子を集積化する場合も、高集積化が
困難であるという欠点がある。例えば、前述の４×４光
マトリツクススイツチは、通常、長さが約５ＣＩ１１の
略正方形に形成されている。この光マトリツクススイッ
チを３測置列に接続した光スィッチは、長さ力月５ｃｍ
になる。そして、光ファイバを接続するためのファイバ
固定部を含めると、光スィッチの長さは約２５ｃｍにな
る。また、ファイバの余長を処理するため設けられる屈
曲部も含めると、この光スィッチの長さは５０ｃｍと極
めて長大になってしまう。

また、仮に、光素子を高集積化できたとしても、高集積
化した光素子により構成される光回路装置は熱を多量に
発生するため、温度により特性が変化しやすい。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、
集積度が高いと共に温度に対する安定性が優れている光
回路装置を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］本発明に係る光回路装置は、光機能素子が設けられた光
集積回路基板と、この光集積回路基板に対して実質的に
垂直に配置されており光集積回路基板に電気信号を入出
力する電気回路基板と、この電気回路基板及び前記光集
積回路基板の双方に対して実質的に垂直に配置されてお
り前記光集積回路基板の前記光機能素子に光結合される
先導波路が設けられた導波路基板と、前記光集積回路基
板を挟んで前記導波路基板に対向配置され前記光集積回
路基板を冷却する冷却手段とを有することを特徴とする
。

［作用］本発明においては、光集積回路基板が導波路基板に対し
て実質的に垂直に配置されている。そして、この光集積
回路基板に設けられている光機能素子と導波路基板に設
けられている光導波路とは光結合されている。つまり、
本発明においては、光ファイバにより光結合する場合と
異なって、導波路基板に設けられた先導波路を使用して
光素子間を光結合する。このため、例えば複数枚の光集
積回路基板を導波路基板上に相互に平行に、且つ近接し
て配置することができる。また、光集積回路基板、導波
路基板及び電気回路基板が相互に実質的に垂直に配置さ
れているため、各基板間の電気的接続及び光学的接続を
短い距離で行なうことができる。これにより、光回路装
置を小型化し、高集積化することができる。更に、本発
明においては、例えばペルティエ素子又はヒートポンプ
等の冷却手段が設けられているため、温度による特性の
変化を抑制することができる。この場合に、冷却手段と
して、例えば冷却板を単に光集積回路基板の一端部に接
触させるだけでなく、冷却板を例えば導波路基板に向け
て延出して設けることにより、光集積回路基板の冷却効
率を向上させることができる。

［実施例コ次に、本発明の実施例について添付の図面を参照して説
明する。

第１図は本発明の第１の実施例を示す斜視図、第２図は
同じくその縦断面図である。

導波路基板１には所定のパターンで先導波路が形成され
ている。この導波路基板１の一方の端部には光信号入力
用の光ファイバ５ａが接続されており、他方の端部には
光信号出力用の光ファイバ５ｂが接続されている。また
、この導波路基板ｌ上には複数枚（図では４枚）の光集
積回路基板２が立設されている。そして、この光集積回
路基板２を側方から挾むようにして、２枚の電気回路基
板３が配置されている。また、光集積回路基板２の上方
には、冷却器４が配置されている。

導波路基板１は、例えば、ガラス、ＳｉＯ２／Ｓｉ又は
有機物等の材料により形成されている。

そして、この基板１には、単一モード又はマルチモード
の導波路が設けられている。なお、基板１の材質及び導
波路の種類は、後述する光集積回路基板２の光電子集積
回路の特性及びこの光電子集積回路内の光源がＬＥＤ　
（発光ダイオード）か又はＬＤ（レーザダイオード）か
等を考慮して決定する。

導波路基板１の縁部の前記光導波路に整合する部分には
、例えばＶ溝が設けられており、このＶ溝に光ファイバ
５ａ、５ｂの先端部が接合されている。

光集積回路基板２には化合物半導体基板からなるものと
、誘電体導波路基板からなるものとがある。化合物半導
体基板はＡノＧａＡｓ／ＧａＡｓ１１ｎＧａＡｓ／Ｇａ
Ａｓ）ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ又はＧａＡｓ／Ｓｉ等の
材料により形成されており、光素子及びこの光素子に付
随する電気回路で構成された光電子集積回路（Ｏｐｔｏ
−ｅｌｅｃｔｒｏｎ！ｃｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ｃｆｒ
ｃｕｌｔ　：　ＯＥ　Ｉ　Ｃ）又は光集積回路（Ｏｐｔ
ｉｃａｌ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ｃｉｒｃｕｉｔ　：
　ＯＩ　Ｃ又はＰｈｏｔｏｎｌｃ　Ｉ　Ｃ）といわれる
回路が形成されている。

光素子としては、発光、受光、変調、スイッチング、記
憶及び増幅等を行なうものがあり、また電気回路として
は、増幅、変調及びスイッチング等を行なうものがある
。

一方、誘電体導波路基板はＬｉＮｂｏ３、ＬｉＴａＯ２
又はＰＬＺＴ等の導波路型デバイスにより構成されてお
り、この誘電体導波路基板には光スイッチング及び先様
倍波発生等の機能を有する素子が形成されている。

この光集積回路基板２と導波路基板１とは、精密な位置
合わせをして光学的に結合されて固定されている。第３
図は、光集積回路基板２と導波路基板１との光結合方法
の１例を示す模式図である。

光集積回路基板２の端部には端面レーザ２１が設けられ
ている。一方、導波路基板１には、光集積回路基板２の
端面レーザ２１に整合する位置にレンズ１２が設けられ
ており、このレンズ１２の下方にエツチドミラー１３が
設けられている。このエツチドミラー１３は光導波路１
１の端部に配置されており、光導波路１１の長手方向に
対して約４５°の角度をなしている。これにより、レー
ザ２１から出射された光はレンズ１２により集光され、
エツチドミラー１３により反射されて、光導波路１１に
入射する。なお、この外に光集積回路基板２と導波路基
板１とを光結合する方法として、端面発光レーザと曲が
り導波路とによる方法又はレーザを使用しない直接結合
による方法等がある。

光集積回路基板２及び導波路基板工のいずれが一方には
ガイドピンが設けられており、他方にはガイドホールが
設けられている。そして、このガイドピンがガイドホー
ルに嵌合することにより、光集積回路基板２と導波路基
板１とは１μｍ以下の精度で位置合わせされて、レーザ
２１とレンズ１２及びエツチドミラー１３とが整合する
。

電気回路基板３は、通常のプリント基板又はフレキシブ
ルプリント基板であり、電気信号伝達用配線及び電源供
給用配線が設けられている。また、この電気回路基板３
には、例えばＣ０Ｂ（ＣｈｉｐＯｎ　Ｂｏａｒｄ）及び
Ｔ　Ａ　Ｂ　（Ｔａｐｅ　ＡｕｔｏｍａｔｅｄＢｏｎｄ
ｉｎｇ　）等の半導体素子が搭載されており、所定の電
気回路が形成されている。この電気回路基板３と前述の
光集積回路基板２とは、例えば双方の基板に設けられた
ポンディングパッド間をフレキシブルのボンディング用
配線基板で接続することにより、電気的に接続されてい
る。

冷却器４は、例えばベルティエ素子、ヒートパイプ又は
空冷用のフィンが設けられた金属板等からなる。そして
、この冷却器４は複数の光集積回路基板２上に亘って配
置されている。

本実施例においては、導波路基板１を介して複数の光集
積回路基板２に設けられた複数の光素子が光結合されて
いるから、光回路装置を高密度で形成することができる
と共に、光素子間の光結合が容易である。また、光素子
を集積化する場合に光素子に入出力する電気信号を処理
する電気回路を設ける必要があるが、光回路と電気回路
とを同一の基板に集積して形成することは、基板に異な
る材料を持ち込むことになり、基本的には好ましくない
。しかし、本実施例においては、電気回路基板３には電
源線を含む電気回路のみを形成し、導波路基板１は光の
伝送だけを行なうようにしたため、光学的特性と電気的
特性とを個別的に高性能化することができる。更に、光
集積回路基板２上に冷却器４が設けられているため、温
度による特性の変化を抑制することができる。

第４図は本発明の第２の実施例を示す模式的断面図であ
る。

導波路基板１はその表面のミラー指数が（１００）であ
るシリコン基板である。そして、この導波路基板１には
火炎堆積法及び反応性イオンエ、ッチング技術を使用し
て形成された５ｉＯ２−ＧｅＯ２系ガラスコア及びＳｉ
Ｏ２クラッドにより構成されたシングルモード導波路１
１が所定のパターンで設けられている。また、この導波
路１１の端部には、反応性イオンエツチングにより、導
波路１１の延出方向に対して４５°の角度で形成された
エツチドミラー（図示せず）が選択的に形成されている
。また、この導波路基板１の端部にはエツチングにより
Ｖ溝が形成されており、このＶ溝に信号光入出力用の光
ファイバ（図示せず）の先端部が約３ｍｍの長さで接合
されている。この光ファイバの直径は約８０μｍであり
、その周面には金が約２μｍの厚さで被着されている。

この導波路基板１には３枚の光集積回路基板２が立設さ
れている（１枚のみ図示されている）。

この光集積回路基板２はｐ型ＩｎＰ基板であり、各基板
２には夫々レーザ２１及び受光素子２４等の光素子並び
にこれらに付随する高速レーザドライブ回路２２、受光
素子アンプ２Ｓ及び電子スイッチング回路２３等の電気
回路が形成されている。

このレーザ２１はエツチング部に活性層を成長させた電
流狭窄構造を有しており、発振しきい値が７ｍＡのもの
である。

光集積回路基板２の両側方には夫々セラミック製の電気
回路基板３が配設されている。この電気回路基板３には
所定の電気回路が形成されている。

また、この電気回路基板βと光集積回路基板２とは、ボ
ンディング用配線基板（図示せず）を介して電気的に接
続されている。更に、光集積回路基板２の上方にはペル
ティエ素子からなる冷却器４が配設されている。

本実施例においては、電気回路基板３から前記ボンディ
ング用配線基板を介して光集積回路基板２の電子スイッ
チング回路２３に電気信号が供給され、この電気信号に
基づいてレーザドライブ回路２２はレーザ２１を駆動す
る。このレーザ２１の信号光は光導波路基板１の所定の
導波路１１を介して他の光集積回路基板２又は出力用光
ファイバに案内される。一方、受光素子２４には導波路
１１を介して他の光集積回路基板２又は入力用光ファイ
バから信号光が入射する。受光素子２４はこの信号光を
電気信号に変換し、この電気信号を電気回路基板３に出
力する。本実施例においては、このようにして、信号の
伝達が行なわれる。

光集積回路基板２に発生した熱は、この光集積回路基板
２の上方に配置された冷却器４により吸収される。これ
により、光回路装置の温度による特性の変化を抑制する
ことができる。

本実施例においても、第１の実施例と同様の効果を得る
ことができる。

本実施例に係る光回路装置を実際に製造し、その性能を
調べた。その結果、伝送速度は３ＧｂｐＳ以上と極めて
高速であった。

なお、本実施例においては、冷却器４が光集積回路基板
２の上端に接触しているだけであるが、冷却器４から導
波路基板１に向けて延出する冷却板を設けてもよい。こ
れにより、冷却効率をより一層向上させることができる
。

［発明の効果］以上説明したように本発明によれば、導波路基板、光集
積回路基板及び電気回路基板が相互に実質的に垂直に配
置されており、前記光集積回路基板と導波路基板との間
に光結合が設けられているから、従来に比して光回路装
置を高集積化することができると共に、素子間の光結合
が容易である。

また、本発明に係る光回路装置には冷却手段が設けられ
ているため、温度による特性の変化を防止することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す斜視図、第２図は
同しくその縦断面図、第３図は光集積回路基板と導波路
基板との光結合方法の１例を示す模式図、第４図は本発
明の第２の実施例を示す模式的断面図である。１；導波路基板、２；光集積回路基板、３；電気回路基
板、４；冷却器、５ａ、５ｂ；光ファイバ、１１；光導
波路、１２；レンズ、１３；ミラ２１；レーザ、２２；
レーザドライブ回路、２３；電子スイッチング回路、２
４；受光素子、２５；受光アンプ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）光機能素子が設けられた光集積回路基板と、この
光集積回路基板に対して実質的に垂直に配置されており
光集積回路基板に電気信号を入出力する電気回路基板と
、この電気回路基板及び前記光集積回路基板の双方に対
して実質的に垂直に配置されており前記光集積回路基板
の前記光機能素子に光結合される光導波路が設けられた
導波路基板と、前記光集積回路基板を挟んで前記導波路
基板に対向配置され前記光集積回路基板を冷却する冷却
手段とを有することを特徴とする光回路装置。