JPH10282370A - 光モジュール及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 製造の自動化、結合損失の低減化に好適な光
モジュールを提供する。 【解決手段】 異方性エッチングによりシリコン基板２
の一側端に長溝４とそれに対して直交する横溝６が形成
されている。長溝４はＶ字状又は台形状の凹断面に形成
され、横溝６は矩形断面に形成されている。光ファイバ
素線８がフェルール１０に挿入固定されて一体化され、
両者の先端面８ａ，１０ａが研磨加工されて無反射コー
ティングが施されている。フェルール１０が長溝４中に
配設され且つ先端面１０ａが横溝６の側壁に当接した状
態で基板２に固定されることにより、基板２に固定され
ている発光素子ＬＤ又は受光素子ＰＤと光ファイバ素線
８が光結合している。この光モジュールは、光ファイバ
素線８をフェルール１０に挿入固定することで機械強度
が増し、また、先端面８ａ，１０ａの研磨加工精度を向
上させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信等に用いら
れる光モジュールに関し、特に、発光素子又は受光素子
と光ファイバとを光学的に結合する光モジュールの構造
及びその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の光モジュールでは、光ファイバと
光導波路の光軸を合わせるため、特開昭５７−１１９３
１４号公報に示されているように、シリコンの異方性エ
ッチングを利用して光導波路と同一のシリコン基板上に
Ｖ字溝を形成し、このＶ字溝中に光ファイバを配設する
構造が採られている。

【０００３】また、学会誌「１９９５年電子情報通信学
会総合大会 Ｃ−１８５」に示されているように、シリ
コン基板上にＶ字溝を形成すると共に、Ｖ字溝の先端側
の所定位置に発光素子を位置決め固定し、更にＶ字溝中
に光ファイバを配設して固着することによって、光ファ
イバと発光素子の光軸を合わせる構造が採られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来の光
モジュールにあっては、製造工程の際に、被覆されてい
ない光ファイバ素線をＶ字溝中に配設して固定するもの
であるため、シングルモード光ファイバ素線のように極
めて細い光ファイバ素線を適用する場合には、折れない
ように十分な配慮を講じる必要から製造作業に長時間を
要し、また、十分な注意を払ってもしばしば光ファイバ
素線を折ってしまうという問題があった。更に、発光素
子に光結合させるための光ファイバ端面を、被覆されて
いない素線の状態で垂直に切断して平坦化加工すること
は極めて困難である。このため、光ファイバ端面に１．
０〜２．０°の範囲の傾斜が生じたり傷が入り易く、こ
の光ファイバ端面の傷や発光素子との角度ズレに起因し
て、光結合損失の低減化が困難となっていた。

【０００５】このように、光ファイバ素線を直接Ｖ字溝
に設置する光軸合わせ構造を採用する従来の光モジュー
ルは、製造工程の容易化や自動化を行う観点からは望ま
しい構造とは言えず、また、光結合損失の低減化等を図
る上でも課題があった。

【０００６】本発明は、このような従来技術の課題に鑑
みてなされたものであり、製造工程の容易化及び自動化
に適し、且つ光結合損失の変動や劣化等を防止して信頼
性の高い光モジュール及びその製造方法を提供すること
を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために本発明の光モジュールは、光ファイバ素線を挿
入固定したフェルールと、基板の一側端に形成された、
長溝及び前記長溝の長手方向に対して直交する側壁と、
前記長溝の長手方向の所定位置であって前記側壁の近傍
に固定された発光素子又は受光素子とを有し、前記フェ
ルールが前記長溝中に配設されると共に、前記フェルー
ルの先端面が前記側壁に当接された状態で前記基板に固
定されることにより、前記光ファイバ素線と前記発光素
子又は受光素子とが光結合する光モジュールであって、
前記長溝は前記フェルールの外周面と線接触する側端面
を有する凹断面形状に形成され、前記光ファイバ素線及
びフェルールの両先端面が長手方向に対して垂直且つ平
坦に研磨された構造とした。

【０００８】また、本発明の光モジュルールの製造方法
は、光ファイバ素線をフェルールに挿入固定し、両者を
一体化した状態で両者の先端面を長手方向に対して垂直
且つ平坦に研磨する工程と、基板の一側端に、前記フェ
ルールの外周面を線接触させて配設する側端面を有する
凹断面形状の長溝と、前記長溝の長手方向に対して直交
する側壁とを形成する工程と、前記長溝の長手方向の所
定位置であって前記側壁の近傍に発光素子又は受光素子
を固定する工程と、前記フェルールを前記長溝中に配設
すると共に、前記フェルールの先端面を前記側壁に当接
させた状態で前記基板に固定する工程とを備えることと
した。また、前記光ファイバ素線とフェルールの先端面
と後端面の、少なくとも先端面に無反射コーティングを
施すこととした。

【０００９】

【作用】光ファイバ素線をフェルールに挿入固定し、基
板に形成された長溝中にフェルールを配設すると共に、
フェルール及び光ファイバ素線の先端面を側壁に当接さ
せた状態で基板に固定するため、製造工程において、フ
ェルールにより光ファイバ素線が保護される。

【００１０】光ファイバ素線とフェルールを一体化した
状態で両者の先端面を研磨するため、光ファイバ素線自
身の先端面を研磨する場合よりも、垂直且つ平坦に研磨
される。

【００１１】光ファイバ素線とフェルールの研磨後の先
端面に無反射コーティングを施すことにより、発光素子
又は受光素子とその先端面が光結合されたときに、光の
反射を防止する。

【００１２】光ファイバ素線とフェルールの後端面に無
反射コーティングを施すことにより、他の光ファイバを
この後端面に光結合されたときに、この後端面での光の
反射を防止する。

【００１３】

【実施の形態】本発明による光モジュールの実施の形態
を図１を参照しつつ説明する。尚、同図（ａ）はこの光
モジュールの構造を示す斜視図、同図（ｂ）（ｃ）は図
（ａ）中のＡ−Ａ線に沿った縦断面図、同図（ｄ）は同
図（ａ）中のＢ−Ｂ線に沿った縦断面図である。

【００１４】この光モジュールは、シリコン基板２の一
側端に長溝４とそれに直交する横溝６が形成されてお
り、光ファイバ素線８を挿入固定したフェルール１０が
長溝４中に配設されると共に、垂直に研磨加工された光
ファイバ素線８の先端面８ａ及びフェルール１０の先端
面１０ａが横溝６の側壁に当接した状態で接着剤で固着
されることにより、レーザダイオード等の発光素子ＬＤ
又は導波路型受光素子ＰＤに対して、光ファイバ素線８
の先端面が光軸合わせされた構造を有している。

【００１５】更に、この光モジュールの構造を製造工程
と共に詳述する。先ず、フェルール１０の先端面１０ａ
及び後端面１０ｂを長手方向に対して平坦にし、このフ
ェルール１０に光ファイバ素線８を挿入固定する。両者
が一体となった状態で、発光素子ＬＤ又は導波路型受光
素子ＰＤに対向させる側の先端面１０ａ及び光ファイバ
素線８の先端面８ａを、長手方向に対して垂直且つ平坦
に精密研磨する。従来の技術では、被覆されていない光
ファイバ素線の端面を研磨加工するので、その研磨端面
が傾斜したり傷が付き易いという問題があったが、本実
施の形態では、フェルール１０に光ファイバ素線８を挿
入固定した状態で先端面８ａを研磨するので、容易に垂
直且つ平坦に研磨加工することができ、加工精度の向上
を図ることができる。

【００１６】次に、これらの先端面８ａ，１０ａを絶縁
多層膜にて無反射コーティングすることにより、発光素
子ＬＤ又は導波路型受光素子ＰＤと光ファイバ素線８と
を結合したときに、これらの先端面８ａ，１０ａでの光
の反射を防止する。例えば、１．３μｍ帯の光に対して
反射率が１％以下となる無反射コーティングを施す。

【００１７】一方、シリコン基板２の一側端に異方性エ
ッチングを施すことにより、長手方向に対して直交する
断面が、同図（ｂ）に示すようなＶ字状又は同図（ｃ）
に示すような台形状の長溝４を形成すると共に、断面が
矩形状で長溝４に対して直交する横溝６を形成する。

【００１８】次に、シリコン基板２上の所定位置、即ち
長溝４の長手方向における所定位置に、位置合わせマー
カを用いて発光素子ＬＤ又は導波路型受光素子ＰＤを固
定し、ワイヤボンディングによって、シリコン基板２上
に予め形成されている配線パターンと接続する。

【００１９】次に、同図（ｄ）に示すように、前記の光
ファイバ素線８を挿入固定したフェルール１０を長溝４
中に配設し、且つ先端面１０ａを横溝６の側壁に当接さ
せた状態で、紫外線硬化樹脂等の接着剤によりフェルー
ル１０とシリコン基板２を固着させる。

【００２０】ここで、長溝４の深さＤとその開口部分の
幅Ｗ、及び２側端面の傾斜角度θは、同図（ｂ）（ｃ）
に示すように、フェルール１０の外周面と長溝４の前記
２側端面とが長手方向に線接触し、更に長溝４中に配設
された状態での光ファイバ素線８のコアが発光素子ＬＤ
の光出射面又は導波路型受光素子ＰＤの受光端面に合致
するように設計されている。更に、横溝６の開口部分か
ら底端面までの深さＤＤは、同図（ｄ）に示すように、
長溝４中に配設されたフェルール１０の外周面がその底
端面に線接触するか又は一定の隙間をおいて対向するよ
うに設計されている。この結果、フェルール１０を長溝
４中に配設し且つ先端面１０ａをそれらに対向する横溝
６の前記側壁に当接させるだけで、光ファイバ素線８と
発光素子ＬＤ又は導波路型受光素子ＰＤとの確実な光結
合を可能にしている。更に、接着剤がフェルール１０と
長溝４及び横溝６との隙間内に充填されるため、シリコ
ン基板２に対してフェルール１０を確実に固定し、機械
強度を向上することができる。

【００２１】尚、標準品のフェルールの外径は１．２５
〜２．５ｍｍであるが、このフェルールを用いることと
すると長溝４を必要以上に大きくすることとなる。そこ
で、フェルール１０に光ファイバ素線８を挿入固定した
ときの機械強度及び、両者を一体にして先端面８ａ，１
０ａを研磨するときの研磨精度の低下を招来しない程度
で、可能な限り外径の小さなフェルール１０が用られて
いる。

【００２２】また、フェルール１０は、ジルコニアやア
ルミナ等のセラミック材、ガラス材、プラスチック、金
属等で形成することができるが、光軸合わせのための加
工精度の観点から、第一にガラス材で形成することと
し、第二にセラミック材で形成することとしている。

【００２３】このように、この実施の形態によれば、光
ファイバ素線８をフェルール１０に挿入固定した状態で
実装するので機械強度を高めることができ、組立工程の
容易化及び自動化を可能にする。更に、光ファイバ素線
８の先端面８ａの加工精度を向上させることができるの
で、光ファイバ素線８と発光素子ＬＤ又は導波路型受光
素子ＰＤとの確実な光結合を可能にし、光結合損失の変
動や劣化等を大幅に低減することができる。

【００２４】尚、図１（ｂ）（ｃ）において、長溝４の
断面形状をＶ字状又は台形状にする場合を説明したが、
本発明はこれに限定されるものではなく、長溝４の側端
面とフェルール８の外周面とを線接触させる断面形状で
あれば、他の断面形状の長溝４を適用してもよい。

【００２５】次に、この実施の形態の変形例を図２に基
づいて説明する。尚、同図（ａ）は変形例の構造を示す
斜視図、同図（ｂ）（ｃ）は、同図（ａ）中のＣ−Ｃ線
に沿った縦断面図であり、図１と同一又は相当する部分
を同一符号で示している。

【００２６】図１に示した光モジュールとの相違点を述
べると、前記フェルール１０の外径は一様であるのに対
し、図２に示すフェルール１２は、長溝４中に配設され
る細い部分１２ｔと長溝４から外れる大径部分１２ｆよ
り成る段差形状を有しており、これらの部分１２ｔ，１
２ｆの間は、同図（ｂ）に示すように長手方向に対して
略垂直な側端面や、同図（ｃ）に示すようにテーパ側面
となっている。大径部分１２ｆの外径は、標準品と同様
に１．２５〜２．５ｍｍに設定され、細い部分１２ｔの
外径は機械強度及び先端面の研磨精度を確保することを
考慮して、可能な限り小さくされている。

【００２７】そして、このフェルール１２に光ファイバ
素線８を挿入固定し、両者を一体化した状態で先端面１
２ａを長手方向に対して垂直且つ平坦に研磨加工して無
反射コーティングを施した後、細い部分１２ｔをシリコ
ン基板２の長溝４中に配設し且つ先端面８ａ，１２ａを
横溝６の側壁に当接させた状態で接着材にて固着する。

【００２８】この変形例によれば、外径１．２５〜２．
５ｍｍの標準品のフェルールを用いることができ、更
に、この一様外径のフェルールに光ファイバ素線８を挿
入固定した後、光ファイバ素線８のコアを中心としてフ
ェルールの外周面を切削することにより光軸合わせのた
めの調心加工を行うことができる。

【００２９】更に、他の変形例を図３と共に説明する。
尚、同図は、図１（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った縦断面構造
に相当し、図１（ａ）と同一又は相当する部分を同一符
号で示している。図１（ａ）に示す光モジュールとの構
造上の相違点を述べると、光ファイバ素線８及びそれを
挿入固定したフェルール１０は、基板２の長溝４及び横
溝６中に位置決め固定されると共に、それらの後端部分
が基板２から所定の長さだけ突き出した状態と成ってい
る。更に、光ファイバ素線８及びフェルール１０の前記
後端部分の後端面８ｂ，１０ｂが、長手方向に対して垂
直且つ平坦に研磨加工されて、無反射コーティングが施
されている。そして、後端面８ｂ，１０ｂに、例えば光
コネクタ等より延設された他の光ファイバを光結合させ
るようになっている。

【００３０】ここで、他の光ファイバとしては、光ファ
イバ心線１００が予めフェルール１１０中に挿入固定さ
れて、両者の先端面１００ａ，１１０ａが長手方向に対
して垂直且つ平坦に研磨され、更にフェルール１１０の
先端部分を中空円筒状のスリーブ１２０中に挿入した構
造のものが用いられる。そして、光ファイバ心線１００
及びフェルール１１０の先端面１００ａ，１１０ａより
も突き出たスリーブ１２０の先端部分１２０ａを、光モ
ジュール側のフェルール１０の後端部分（基板２より突
き出した部分）に嵌め込み、夫々の後端面８ｂ，１０ｂ
と先端面１００ａ，１１０ａを当接させることにより、
当該光モジュールと他の光ファイバを光結合させる。

【００３１】かかる構造を有する光モジュールによれ
ば、後端面８ｂ，１０ｂに無反射コーティングが施され
ているので、前記他の光ファイバ心線１００の先端面１
００ａと当該光モジュールに備えられた光ファイバ心線
１０の後端面１０ｂとの当接部分での光の反射を防止す
ることができ、高品質の光結合構造を提供することがで
きる。

【００３２】更に、他の変形例を図４と共に説明する。
尚、同図（ａ）はこの変形例の構造を示す斜視図、同図
（ｂ）は同図（ａ）中のＥ−Ｅ線に沿った縦断面図であ
る。

【００３３】更にこれらの図（ａ）（ｂ）において図１
（ａ）と同一又は相当する部分を同一符号で示してい
る。

【００３４】図１（ａ）に示した光モジュールとの相違
点を述べると、この変形例は、ｐｉｎ構造の側端面に光
を入射させる導波路型受光素子ＰＤの代わりに、ｐｉｎ
構造のｐ層表面に光を入射させるタイプの受光素子Ｐ
Ｄ’を適用した光モジュールに関する。

【００３５】図４（ａ）（ｂ）において、シリコン基板
２上に形成された長溝４と横溝６に加えて、光ファイバ
心線８の先端面８ａに対向する突部２００を形成し、突
部２００の側壁と横溝６の側壁によって画成される凹段
部２１０に、受光素子ＰＤ’を固着すると共に、そのｐ
層表面（受光面）を先端面８ａに対向させた構造となっ
ている。

【００３６】これらの長溝４と横溝６、突部２００及び
凹段部２１０は異方性エッチング等により形成され、光
ファイバ心線８を挿入固定したフェルール１０を長溝６
中に装着して、フェルール１０の先端面１０ａを横溝６
の側壁に当接させると、光ファイバ心線８の先端面８ａ
が受光素子ＰＤ’の受光面に対向するように、凹段部２
１０の高さが設計されている。

【００３７】更に、光ファイバ心線８とフェルール１０
の先端面８ａ，１０ａ及び後端面８ｂ，１０ｂは、長手
方向に対して垂直且つ平坦に研磨加工されて無反射コー
ティングが施されている。そして、基板２より突き出し
た光ファイバ心線８とフェルール１０の後端部分に、例
えば図３に示したスリーブ１２０を備えたフェルール付
き光ファイバを装着することにより、光コネクタ等に接
続される。

【００３８】尚、凹段部２１０を形成するための突部２
００を前記エッチングで形成する代わりに、凹段部２１
０と同じ高さの基板２の表面上に、矩形状の部材を固着
して、その部材の側壁と横溝６の側壁とで画成される凹
段部に受光素子ＰＤ’を固着してもよい。

【００３９】

【発明の効果】以上に説明したように本発明によれば、
光ファイバ素線をフェルールに挿入固定し、両者を一体
化した状態で先端面を研磨加工するので、光ファイバ素
線の破損等を招来することなく、加工精度の向上を図る
ことができる。また、この光ファイバ素線とフェルール
を一体化した状態で基板に実装するので、光ファイバ素
線の折れ等を考慮せずに光モジュールを製造することが
できる。

【００４０】このような効果が得られることにより、光
結合の変動や劣化等が低減されて信頼性の高い光モジュ
ールを提供することができると共に、製造工程の容易化
及び自動組立実装の簡便化を図ることができ、更に低コ
ストの光モジュールを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態における光モジュールの構造を示す
斜視図及び要部縦断面図である。

【図２】変形例の構造を示す斜視図及び要部縦断面図で
ある。

【図３】他の変形例の構造を示す要部縦断面図である。

【図４】更に他の変形例の構造を示す斜視図及び要部縦
断面図である。

【符号の説明】

２…シリコン基板、４…長溝、６…横溝、８…光ファイ
バ素線、１０…フェルール、８ａ，１０ａ…先端面、８
ｂ，１０ｂ…後端面、１２…フェルール、１２ａ…先端
面、１２ｔ…細い部分、１２ｆ…大径部分、ＬＤ…発光
素子、ＰＤ，ＰＤ’…受光素子、突部２００、２１０…
凹段部。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光ファイバ素線を挿入固定したフェルー
   ルと、 基板の一側端に形成された、長溝及び前記長溝の長手方
   向に対して直交する側壁と、 前記長溝の長手方向の所定位置であって前記側壁の近傍
   に固定された発光素子又は受光素子とを有し、 前記フェルールが前記長溝中に配設されると共に、前記
   フェルールの先端面が前記側壁に当接された状態で前記
   基板に固定されることにより、前記光ファイバ素線と前
   記発光素子又は受光素子とが光結合する光モジュールで
   あって、 前記長溝は前記フェルールの外周面と線接触する側端面
   を有する凹断面形状に形成され、前記光ファイバ素線及
   びフェルールの両先端面が長手方向に対して垂直且つ平
   坦に研磨されていることを特徴とする光モジュール。
2. 【請求項２】 前記光ファイバ素線を挿入固定するフェ
   ルールは、前記長溝中に配設され前記基板に固定される
   細い部分と、前記長溝より外れる大径部とを有する段差
   形状であることを特徴とする請求項１に記載の光モジュ
   ール。
3. 【請求項３】 前記光ファイバ素線及びフェルールの前
   記先端面と後端面のうち、少なくとも前記先端面が無反
   射コーティングされていることを特徴とする請求項１又
   は２に記載の光モジュール。
4. 【請求項４】 前記フェルールは、ガラス材又はセラミ
   ック材で形成されることを特徴とする請求項１又は２に
   記載の光モジュール。
5. 【請求項５】 前記フェルールは、紫外線硬化樹脂によ
   り前記基板に固定されることを特徴とする請求項１又は
   ２に記載の光モジュール。
6. 【請求項６】 前記受光素子は、導波路型受光素子であ
   ることを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
7. 【請求項７】光ファイバ素線をフェルールに挿入固定
   し、両者を一体化した状態で両者の先端面を長手方向に
   対して垂直且つ平坦に研磨する工程と、 基板の一側端に、前記フェルールの外周面を線接触させ
   て配設する側端面を有する凹断面形状の長溝と、前記長
   溝の長手方向に対して直交する側壁とを形成する工程
   と、 前記長溝の長手方向の所定位置であって前記側壁の近傍
   に発光素子又は受光素子を固定する工程と、 前記フェルールを前記長溝中に配設すると共に、前記フ
   ェルールの先端面を前記側壁に当接させた状態で前記基
   板に固定する工程と、を有することを特徴とする光モジ
   ュールの製造方法。
8. 【請求項８】 前記研磨工程の後、前記光ファイバ素線
   とフェルールの先端面に無反射コーティングを施す工程
   を有することを特徴とする請求項７に記載の光モジュー
   ルの製造方法。