JPH0784134A - 光結合装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 製造が容易で再現性、信頼性の高い光結合装
置を提供すること。 【構成】 第１の平面内に設置された光導波路の一部を
屈曲し、かつ、第１平面内とは高さが異なる第２平面内
に設けた光導波路近傍に設置し、前記第１の平面内に設
置された光導波路を伝搬する光を、前記第２の平面内に
設けた光導波路に伝搬させる、もしくは、前記第２の平
面内に設置された光導波路を伝搬する光を、前記第１の
平面内に設けた光導波路に伝搬させる光結合装置であっ
て、前記第１の平面内に設置された光導波路として高分
子材料を主成分とする光導波路を用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、互いに異なった平面内
にある情報を光を用いて交換する光結合装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】近年、大規模集積回路（ＬＳＩ）の高速
化、高機能化に伴い、ＬＳＩの間などを、高速、大容量
の光を用いて接続する方法が用いられている。

【０００３】例えば、第１のプリント板上のＬＳＩと第
２のプリント板上のＬＳＩとを接続する際に、コネクタ
付きの光ファイバを用いて接続する方法が採用されてい
る。

【０００４】この方法では、プリント板を架から抜き差
しする際に、光ファイバをコネクタを用いて電気回路と
は別に接続する必要があり、作業上問題があった。

【０００５】これを解決するため、オプティカルアンド
カンタムエレクトロニクス第２４巻（１９９２年）Ｓ４
９１頁〜Ｓ５０４頁（Ｏｐｔｉｃａｌ ａｎｄ Ｑｕａ
ｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ２４（１９９２）
Ｓ４９１〜Ｓ５０４）に記載されているような光結合装
置が考えられた。

【０００６】この従来例の光結合装置を、図３〜図５を
用いて説明する。

【０００７】図３は、前記従来例のＬＳＩの間を光結合
装置で接続する装置の全体を示す斜視図である。

【０００８】図４は、図３における光結合装置を説明す
るための図である。

【０００９】図５は、図４における光結合装置の光導波
路の先端部の構成を示す斜視図である。

【００１０】図３、図４、図５において、１はプリント
板、２はＬＳＩ、３は電気コネクタ、４は光導波路、５
は共通となる光導波路、６ａ，６ｂは光ファイバ、７
ａ，７ｂはコア、８は結合部分であり、光導波路４およ
び共通となる光導波路５は光結合装置を構成する。

【００１１】プリント板１には、ＬＳＩ２が搭載され、
電気信号の交換や電力の供給は、電気コネクタ３を通し
て架より行われる。

【００１２】プリント板１の抜き差しは、通常の電気コ
ネクタのみのプリント板と同様、架に押しつけることに
より行われる。

【００１３】この時、光導波路４は共通となる光導波路
５に接触することにより光信号の交換を行う。

【００１４】光導波路４の先端は、図４に示すように曲
げられ、少なくともその一部が共通となる光導波路５と
接触する構造となっている。

【００１５】図４に示す光導波路４の接触部分は、図５
に示すように、光ファイバ６ａ，６ｂが、例えば、コア
７ａ，７ｂから２μｍのところまで研磨され、研磨面同
士が接触する構造となっている。

【００１６】さらに、光ファイバ６ａ，６ｂは、コア、
クラッドの屈折率差、コア径、コア７ａ，７ｂの距離等
の要因から決定される結合領域８が得られるように互い
に一定の角度をとっている。

【００１７】これにより、例えば、光ファイバ６ａを伝
搬してきた光は結合領域８を介して光ファイバ６ｂに、
その光強度の一部もしくは全部を移すことができる。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来例の光結合装置では、光ファイバを研磨する必要があ
るが、光ファイバのコアから一定の距離まで正確に研磨
することは非常に困難であり、かつ、研磨のため光ファ
イバを保護しているコートを取り除くため光ファイバは
非常に折れやすくなる。

【００１９】また、組立においても、図４に示すよう
に、光導波路の先端を曲げる必要があるため、光ファイ
バは折れやすくなる。

【００２０】さらに、図５に示すように、光ファイバ同
士が接触するため傷が付きやすく、再現性、長期の信頼
性に欠けるという欠点があった。

【００２１】また、ＬＳＩチップからプリント板に信号
を取り出す際にも、電気信号の他に光信号としても取り
出す必要があるが、この際にも、光信号は、光ファイバ
により取り出されていたため、柔軟性に欠けるという欠
点があった。

【００２２】また、その接続には、コネクタが不可欠で
あり、接続に手間がかかるとともに余分な光ファイバが
プリント板実装のさまたげになるという欠点があった。

【００２３】本発明は、かかる従来の問題点を解消する
ためになされたものであって、本発明の目的は、製造が
容易で再現性、信頼性の高い光結合装置を可能とする技
術を提供することにある。

【００２４】本発明の前記目的並びにその他の目的及び
新規な構成は、本明細書の記載及び添付図面によって明
らかにする。

【００２５】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明の（１）の手段は、第１の平面内に設置され
た光導波路の一部を屈曲し、かつ、第１平面内とは高さ
が異なる第２平面内に設けた光導波路近傍に設置し、前
記第１の平面内に設置された光導波路を伝搬する光を、
前記第２の平面内に設けた光導波路に伝搬させる、もし
くは、前記第２の平面内に設置された光導波路を伝搬す
る光を、前記第１の平面内に設けた光導波路に伝搬させ
る光結合装置であって、前記第１の平面内に設置された
光導波路として高分子材料を主成分とする光導波路を用
いることを特徴とする。

【００２６】また、前記（１）の手段において、可撓性
の基板上に作製された高分子材料を主成分とする光導波
路を用いることを特徴とする。

【００２７】また、前記手段において、基板にフレキシ
ブルプリント板を用いることを特徴とする。

【００２８】

【作用】前記手段によれば、光ファイバの代わりに、高
分子材料を主成分とする光導波路を用いているので、異
なる平面間の光接続を容易に、かつ、信頼性高く実現す
ることができ、高速、大容量の信号を光信号として送受
信することが可能である。

【００２９】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。

【００３０】なお、実施例を説明するための全図におい
て、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り
返しの説明は省略する。

【００３１】

【実施例１】図１は、本発明の実施例１の光結合装置の
概略構成を示す斜視図である。

【００３２】図１において、９ａ，９ｂは基板およびク
ラッド、１０ａ，１０ｂはクラッド、１１ａ，１１ｂは
コアである。

【００３３】なお、図３、図４に相当する部分は、従来
例で説明したものと同様であるので、その詳細は省略す
る。

【００３４】本実施例１の光結合装置は、可撓性のある
基板にクラッドとなる高分子材料を塗布して基板および
クラッド９ａ，９ｂを形成し、次に、コアとなる高分子
材料を塗布してコア１１ａ，１１ｂを形成し、次に、こ
のコアの上にクラッド１０ａ，１０ｂとなる高分子材料
を塗布し、光導波路を形成する。

【００３５】このようにして作製した光導波路を、基板
ごと図４のように曲げ、塗布したクラッド１０ａ，１０
ｂ側同士が接触するするように設置する。

【００３６】結合する光導波路間の距離は、クラッドの
厚さにより制御可能で、クラッドの厚さは塗布条件によ
り自在に制御可能であるため、常に再現性良く結合させ
ることができる。

【００３７】また、高分子材料であるため、曲げに対し
ても強靭であり、接触しても相互に傷つけることがな
く、長期の使用に対しても変化が少ない。

【００３８】本発明の光導波路に用いられる基板として
は、フレキシブルであればよく、プラスチックの薄板、
薄い金属板、フレキシブルプリント板等を用いることが
可能である。

【００３９】フレキシブルプリント板を用いた場合に
は、該プリント板の導体を露出させることにより電気的
な接続をも同時に実現可能である。

【００４０】光導波路を形成する高分子材料としては、
エポキシ、アクリル、ポリイミド、ポリカーボネート等
の有機材料をはじめシリコーン等も用いることが可能で
ある。

【００４１】また、その作製方法としては、光導波路の
材料に応じ、モノマー含有高分子膜を露光し、コアを作
製する方法、光感応性高分子を露光してコアを作製する
方法、コア層をフォトリソグラフィと真空中でのエッチ
ングで微細加工を行い作製する方法等を用いることがで
きる。

【００４２】また、結合部での応力が大きすぎる場合に
は、例えば、光導波路の左右に、光導波路と同一の厚さ
の固い物質を、スペーサとして設置し、この物質同士が
接触するようにすることにより光導波路にかかる応力を
緩和することも可能である。

【００４３】また、光導波路の全領域を薄いクラッドで
覆った場合、結合部以外での導波損失が大きくなりすぎ
るならば、結合部の領域のみ薄いクラッドとし、他の領
域はクラッドの二度塗りなどにより厚くすることも可能
である。

【００４４】また、コアを細径とすると、光ビームは太
くなり、隣のコアとの結合を大きくできるので、クラッ
ド厚を一定とし、結合部のコアのみを他部に比べ細径と
することにより、導波損失を大きくすることなく結合さ
せることも可能である。

【００４５】本実施例１では、例えば、ポリイミドフィ
ルム上に重水素化メタクリレートと重水素フッ化メタク
リレートの共重合体を８μｍの厚さにコートし、基板お
よびクラッド９ａ，９ｂとした。

【００４６】次に、重水素化メタクリレートの割合を増
加した共重合体を５μｍの厚さにコートし、フォトリソ
グラフィと反応性イオンエッチングを用いてアレイ状の
５μｍ幅のコア１１ａ，１１ｂを作製した。

【００４７】次に、前記クラッドと同じ共重合体をコア
の上の厚さが２μｍとなるように塗布し、クラッド１０
ａ，１０ｂとした。

【００４８】この光導波路の一枚を図４に示すように曲
げ、光導波路４として用い、別の一枚を共通の光導波路
５として用い結合させた。

【００４９】この時、双方の光導波路のなす角度は０．
２゜であった。

【００５０】この光導波路を図３の構造とし、波長１．
５５μｍの半導体レーザー光を用いて信号を送りなが
ら、プリント板１の抜き差しをしたところ、光導波路４
と５の間の結合損失は２±０．５ｄＢであった。

【００５１】

【実施例２】本実施例２は、前記実施例１と同様な構造
を有し、その材料および作製方法が相違している。

【００５２】本実施例２では、フレキシブルプリント板
上にポリカーボネートを１０μｍの厚さにコートし、こ
れにメタクリレートモノマーを含浸させ、加熱して重合
して基板およびクラッド９ａ，９ｂとした。

【００５３】次に、ポリカーボネートを５μｍの厚さに
コートし、これにメタクリレートモノマーを含浸させ、
フォトリソグラフィを用いてコア１１ａ，１１ｂ以外の
部分のモノマーを重合した後、残存モノマーを除去し
た。

【００５４】次に、ポリカーボネートを１μｍコート
し、これにメタクリレートモノマーを含浸させ、加熱し
て重合した。

【００５５】さらに、結合部分となる部分を除き５μｍ
の厚さにポリカーボネートをコートし、これにメタクリ
レートモノマーを含浸させ、加熱して重合してクラッド
１０ａ，１０ｂとした。

【００５６】この光導波路を二枚用いて、それぞれの二
枚の光導波路を図４に示すように曲げ、光導波路４とし
て用い、共通の光導波路５に結合させた。

【００５７】この光導波路を図３の構造とし、これに波
長０．８６μｍの半導体レーザー光を用いて信号を送っ
た。

【００５８】この時、光導波路のなす角を、一枚目の光
導波路は０．１５゜、二枚目の光導波路は０．３゜とし
て、一枚目のプリント板１と二枚目のプリント板１にほ
ぼ等しい出力の光信号を伝達することができた。

【００５９】プリント板１の抜き差しをしたところ、光
導波路４と５の間の結合損失は、１．８±０．３ｄＢで
あった。

【００６０】また、プリント板の電気配線部分のポリカ
ーボネートは除去し、電気接続をも得ることができた。

【００６１】

【実施例３】図２は、本発明を適用して、ＬＳＩチップ
とプリント板を結合した実施例３の光結合装置の概略構
成を示す斜視図である。

【００６２】図２において、１２はＬＳＩチップ、１３
はプリント板、１４はフォトダイオードアレイ、１５は
半導体レーザーアレイ、１６ａ，１６ｂはプリント板上
の光導波路、１７ａ，１７ｂは光導波路である。

【００６３】ＬＳＩチップ１２に供給する信号のうち、
低速の信号や電源については、電気配線により供給され
るが、高速の信号については、プリント板上の光導波路
１６ａから図１に示すように、光導波路１７ａに結合さ
れ、フォトダイオードアレイ１４により電気信号に変換
され、ＬＳＩチップ１２に供給される。

【００６４】ＬＳＩチップ１２からの高速信号は、半導
体レーザーアレイ１５により光信号に変換され、光導波
路１７ｂによりプリント板上の光導波路１６ｂに導かれ
る。

【００６５】ここでは、プリント板上の光導波路１６
ａ，１６ｂとの結合について説明したが、光導波路１７
ａ，１７ｂを長くし、図３に示すように、直接共通の光
導波路５に接続しても良い。

【００６６】本実施例３においては、例えば、ポリイミ
ドフィルム上に屈折率の異なる二種類のイミドの共重合
体を８μｍの厚さにコートし、クラッドとした。

【００６７】次に、屈折率の高い成分の割合を増加した
共重合体を３μｍの厚さにコートし、さらに、結合領域
を除く部分に２μｍの厚さにコートした。

【００６８】これをフォトリソグラフィと反応性イオン
エッチングを用いてアレイ状の５μｍ幅のコアを作製
し、次に、前記クラッドと同じ共重合体をコアの上の厚
さが３μｍとなるように塗布した。

【００６９】この光導波路を、光導波路１７ａ，１７ｂ
とし、同様の方法でプリント板１３にも、光導波路１６
ａ，１６ｂを作製した。

【００７０】この時、結合時の双方の光導波路のなす結
合の角度は０．１゜である。

【００７１】波長１．３μｍの半導体レーザー光を用い
て信号を送り、１０の−１７乗のエラーレートを得た。

【００７２】以上、本発明を実施例に基づき具体的に説
明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものでは
なく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更し得ること
は言うまでもない。

【００７３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
光ファイバの代わりに、高分子材料を主成分とする光導
波路を用いているので、異なる平面間の光接続を容易
に、かつ、信頼性高く実現することができ、高速、大容
量の信号を光信号として送受信することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例１の光結合装置の概略構成を
示す斜視図である。

【図２】 本発明を適用して、ＬＳＩチップとプリント
板を結合した実施例３の光結合装置の概略構成を示す斜
視図である。

【図３】 従来例のＬＳＩの間を光結合装置で接続する
装置の全体を示す斜視図である。

【図４】 図３における光結合装置を説明するための図
である。

【図５】 図４における光結合装置の光導波路の先端部
の構成を示す斜視図である。

【符号の説明】

１，１３…プリント板、２…ＬＳＩ、３…電気コネク
タ、４…光導波路、５…共通となる光導波路、６ａ，６
ｂ…光ファイバ、７ａ，７ｂ…コア、８…結合部分、９
ａ，９ｂ…基板およびクラッド、１０ａ，１０ｂ…クラ
ッド、１１ａ，１１ｂ…コア、１２…ＬＳＩチップ、１
４…フォトダイオードアレイ、１５…半導体レーザーア
レイ、１６ａ，１６ｂ…プリント板上の光導波路、１７
ａ，１７ｂ…光導波路。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の平面内に設置された光導波路の一
   部を屈曲し、かつ、第１平面内とは高さが異なる第２平
   面内に設けた光導波路近傍に設置し、前記第１の平面内
   に設置された光導波路を伝搬する光を、前記第２の平面
   内に設けた光導波路に伝搬させる、もしくは、前記第２
   の平面内に設置された光導波路を伝搬する光を、前記第
   １の平面内に設けた光導波路に伝搬させる光結合装置で
   あって、前記第１の平面内に設置された光導波路として
   高分子材料を主成分とする光導波路を用いることを特徴
   とする光結合装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の光結合装置において、
   可撓性の基板上に作製された高分子材料を主成分とする
   光導波路を用いることを特徴とする光結合装置。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の光結合装置において、
   基板にフレキシブルプリント板を用いることを特徴とす
   る光結合装置。