TWI236554B - Optical waveguide path and optical signal transceiver module - Google Patents

Description

1236554 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係、關於-種光導波路及光信號傳輸接收模組，特 別係關於連接光纖與光元件之光導波路及具備該光導波路 之光化號傳輸接收模組。 【先前技術】 近年’為了謀求使用於結取系統的光信號模組的小型 化與減低成本’而適用使用光導波路等來將傳輪功能與接 收功此體化之光信號傳輸接收模組逐漸形成主流。作為 此背景，具有支承於網際網路大量普及的資訊傳送容量之 擴大的要求。在光信號傳輸接收模组，傳輸料發光元件 與接收用的受光元件被安裝於—個光信號傳輸接收模組 中。 在以往例的光信號傳輸接收模組，由光纖傳送來的信號 光在γ分歧導波路分類後，分別傳送至受光元件與發光元件 (苓照日本特開2000-206349號公報、特開2〇〇2-169〇43號公 報）。 又，亦有將從光纖接收到的信號光經由波長選擇過濾器 僅傳运至受光兀件的結構之光信號傳輸接收模組（日本特 開 200 1-1 33642號公報）。 在日本特開2000-206349號公報及特開2〇〇2_169〇43號公 報所α己載的光仏號傳輸接收模組，由於使用Y分歧導波路， 故由光纖所送來的信號光以1對丨的比例分別導波於2個分 歧導波路。因此，接收信號光時，已接收到的信號光亦導 S9414.doc 1236554 波於發光元件，同時無法傳輸信號光。 在專利文獻3所記載的光信號傳輸接收模組，能夠同 ^進仃傳輪與接收的動作，但由於必須將波長選擇過遽器 等的/、他光干令件組裝於光信號傳輸接收模組，故在成本 及生產性的面上變得不利。 【發明内容】 本發明係有鑒於上述的情事而開發完成的發明，其目的 在於：提供一種不須使用其他的光學零件，㈣夠同時進 行信號傳輸與接㈣㈣之光導波路及光㈣傳輸接收模 組0 為了達到上述目的，本發明的光導波路，係具有··一端 形成共通信號傳輸接收埠，另一端形成信號接收埠，且可 朝又方向導波信號光的延伸成直線狀之第丨導波路；與對於 刖述化號接收璋形成銳角地由前述第丨導波路分歧，一端結 合於刖述第1導波路，另一端形成信號傳輸埠，而朝前述第 1導波路導波信號光之第2導波路。 在上述本發明的光導波路，由共通信號傳輸接收埠所射 入1信號光係藉由第丨導波路來導波，傳達至信號接收埠。 此時’由於第1導波路延伸成直線狀’故由共通信號傳輸接 收埠所射入的信號光幾乎不會導波至第2導波路而到達信 唬接收埠。因此，即使在由共通信號傳輪接收埠射入信號 光之際，亦可能由第2導波路的信號傳輸埠射入信號光。 由第2導波路的信號傳輸埠所射入的光朝第丨導波路被導 波，結合於第1導波路而被導波至共通信號傳輸接收埠。由 894 丨 4.doc 1236554 於弟2導波路係對於信號接收埠形成銳角地由第丨導波路分 歧故光不會被導波至信號接收埠側，受到第 波的信號光幾乎被導波至第蹲波路的導 埠。 弟V波路的共通化號傳輸接收 且，為了達到上述目的，本發明的光信號傳輪接收模植， 係經由光導波路結合了光纖、發光元件及受光元件之光信 號傳輸接收模組，具有：一端結合於前述光纖，另一端J 合於前述受光it件之延伸成直線狀的第！導波路；與對㈣ 述信號接收埠形成銳角地由前述第i導波路分歧，—端社人 於前述W導波路，另-端結合於前述發光元件之第2 = 路。 在上述本發明的光信號傳輸接收模红，當來自於光纖的 信號光射入於第！導波路時，則該信號光係受到第】導波路 所導波，而藉由受光元件來受光。此時，由於第丨導波路延 伸成直線狀，故由光纖所射入的信號光幾乎不會導波至第2 導波路’而受光於受光元件。因此，即使在由光纖射入信 號光之際’亦可將來自於發光元件的信號光射人於第2導波 路。 當來自發光S件的信號光射入第2導波路時，該信號光係 藉由第2導波路朝第i導波路導波，結合於第❻波路後，朝 光纖導波。 由於第2導波路係對於^導波路的另—端側形成銳角地 由第i導波路分歧，故信號光不會朝結合於第％皮路的另 -端側之受光元件導波’受到第2導波路所導波的信號光幾 894l4.doc 1236554 乎朝第1導波路的光纖側被導波。 【實施方式】 以下參照圖面說明關於本發明的光導波路及光信號傳 輸接收模組之實施形態。 圖丨係顯示本實施形態之具備光導波路的光信號傳輸接 收模、’且的構成之一例的平面圖。圖2係圖1所示的光導波路 的A-A’線之剖面圖。 圖1所示的本貫施形態之光信號傳輸接收模組，係具有： v成於由石夕基板或監賃石基板所構成的基板1之光導波路 2、安裝於基板1的光纖3、受光元件4及發光元件5。 在光導波路2，具有：延伸成直線狀的第丨導波路芯部（第 1導波路）2 1、一端對於第丨導波路芯部2丨以角度0結合的第2 導波路芯部（第2導波路）22。如圖2的剖面圖所示，各導波路 心邓2 1、22係形成於形成在基板i上之包覆部2〇。被覆各導 波路芯部21、22地形成包覆部23。 第1導波路芯部21係一端構成共通信號傳輸接收淳2U， 另一端構成信號接收璋21b，朝雙方向導波信號光。第工導 波路芯部21係多模導波路為佳，例如形成直徑5〇#111。這是 由於為了以低損失結合由分歧成傾斜狀的第2導波路芯部 22所導波的信號光後導波至共通信號傳輸接收埠2u，而直 徑大容易導入光之多模導波路為佳之故。所謂多模導波路 係定義成具有能夠將信號光的複數個模式（光線的通過方 式）導波之尺寸的導波路。 第2導波路芯部22係藉由一端對於信號接收璋2 u側的第 89414.doc 1236554 1 $波路名部2 1以銳角0結合，來構成分歧部22a，另一端構 成信號傳輸埠22b。對於第1導波路芯部21傾斜地分歧的第2 $波路芯部22之角度及尺寸係被規定成由光纖3所導波的 信號光不會被導波至第2導波路芯部22之角度及尺寸。 作為形成此之條件，角度Θ必須為銳角，5。以上6〇。以下 為佳。藉由規定成如此的角度，由第丨導波路芯部2丨的共通 k唬傳輸接收埠2 1 a所導波之信號光的大部分係導波於直 線狀的第1導波路芯部2丨内，而被導波至信號接收埠2 1匕。 又，由传號傳輸埠22b所導波的信號光係以低損失結合導波 於第1導波路芯部21，導波至共通信號傳輸接收埠21 a。 又’第2導波路芯部22的分歧部22a之尺寸也就是導波路 的寬度或膜厚係比起直線狀的第丨導波路芯部21作成較小 為佺。如此，藉由將分歧部22a之導波路寬度或膜厚作小， 來防止由第1導波路芯部21的共通信號傳輸接收埠21&所導 波之信號光導波至第2導波路芯部22。 在圖1所示的例子，進一步為了不會有光散射地將第i導 波路〜。卩2 1與苐2導波路芯部2 2連結，而第2導波路芯部2 2 係具有緩和的曲線形狀。 各導波路芯部21、22係藉由對於使用的光不會吸收，且 對於使用的光的折射率較包覆部2〇、23高之材料來形成 的導波路芯部2 1、22係藉由例如環氧樹脂或氟化聚醯亞 胺等的高分子材料來形成，藉由在這些材料上加上雜質來 調整折射率。 包覆部20、23係藉由對於使用的光不會吸收，且對於使 89414.doc 10 1236554

同材料，亦可為不同種材料。 部21、22低之材料來形成的。 由例如環氧樹脂或氟化聚醯亞胺等的高 藉由在這些材料上加上雜質來調整折射 調整折射 23與導波路芯部2 1、22係亦可為相

琴第丨導波路芯部2 1的共通信號 ’搭載（承載）於基板1上。光纖3 係多模光線或單模光纖均可。 文光兀件4係該受光元件4的受光面光學地結合於第1導 波路芯部21的信號接收埠21b，而安裝於基板丨上。受光元 件4係例如由發光二極體所構成。 發光元件5係該發光元件5的發光面光學地結合於第2導 波路芯部22的信號傳輸埠22b，而安裝於基板丨上。作為發 光元件5，能夠使用半導體雷射之法布立_拍若（Fabry_per〇t) 替射（FP-LD)或分布回饋（distributed feedback)型雷射 (DFB-LD)等。 其次，參照圖1說明關於上述結構的本實施形態之光信號 傳輸接收模組的動作。 由光纖3所射入的信號接收信號光係藉由第1導波路芯部 2 1由第1導波路芯部2 1的共通信號傳輸接收埠2 1 a導波至信 號接收埠2ib，藉由受光元件4來受光。信號光受到此受光 元件4所變換成電器信號，輸入至連接於受光元件4之未圖 示的信號接收電路。在上述的信號接收動作，受到第1導波 路芯部2 1所導波的信號接收信號光係由於不會被導波至第 894l4.doc 1236554 2導波路芯部22及發光元件5 ’故同時能夠進行根據發光元 件5之信號傳輸信號光的信號傳輸。 ，即:在進行上述信號接收動作之際，藉由發光元件5所發 光之信號傳輸信號光係藉由第2導波路芯❹由信號傳輸 埠22b導波至分歧部22a，結合於第丨導波路芯部2丨，藉由第 1導波路芯部21導波至共通信號傳輪接㈣2u，再結合於 光纖3。第2導波路芯部22係由於對於信號接收埠加形成銳 角的角度Θ地由第i導波路芯部21分歧，故信號傳輸信號光 不會被導波至受光元件4側’不會影響對於受光元件4之受 光動作。 ，結合於光纖3之信號傳輸信號光係受到光纖3所導波後傳 迗至外部的光電子電路裝置。 ^ 丹f 亦可改變上述的信號 接收信號光與信號傳輸信號光。 傳=參照圖1及圖2說明關於上述本實施形態之光信號 傳輸接收模組的製造方法之一例。 =先，在基板！上全面塗佈環氧樹脂或氟化聚醒亞胺等的 二子=，進-步全面塗佈環氧樹脂或氣化聚酿亞 芦射成為芯部之高折射率層。包覆部20與高折射率 層：：射率：係使其含有雜質來加以調整。 在㈤折射率層上藉由微影來形成具有期望的圖案 之先阻劑，藉由贫 口术 ng , . ^ 蜊作為光罩進行高折射率層的反 應性離子蝕刻，來圖安氺々 千㈣反 盤第2蓦.，议 囷木形成如圖1所示的第1導波路芯部21 /、弟2 V波路芯部22。 在除去光阻劑後，藉由覆蓋導波路芯部η、η地全面塗 S9414.doc 1236554 佈環氧樹脂或氟化聚醢亞胺形成包覆部23,來如圖2所示， 在基板1上形成具有埋入於包覆部2〇、23的導波路芯部21、 22之光導波路2。 最後，在基板1上搭載光纖3，使光纖3的端面光學地結合 於第1導波路芯部2 1之共通信號傳輸接收埠2丨a。 又，在基板1上安裝受光元件4,使得受光元件4的受光面 光干地結合於第1導波路芯部2丨之信號接收埠2 1 b。進一 步，在基板1上安裝發光元件5 ’使得發光元件5的發光面光 學地結合於第2導波路芯部22的信號傳輸埠22b。 其次，說明關於上述本實施形態之光導波路及光信號傳 輸接收模組的效杲。 圖3A係顯示導波路形狀的圖，圖3B係顯示根據圖3A所示 的光導波路的信號接收動作之際的導波光的強度圖案之模 擬結果的圖。如圖3 A所示，針對直線狀的第丨導波路芯部21 之長度為7 mm、第1導波路芯部21的信號接收埠21b與第2 導波路芯部22的信號傳輸埠22b之間的間隔為25〇 μπι之光 導波路進行模擬。各導波路芯部21、22係作成5〇 見方， 與包覆部的折射率差作為丨5 %。再者，在圖3A及圖3Β，χ 座仏及Z座彳示係顯示以單位分割光導波路的形狀之位置 座標。 如圖3B所示’可得知，針對於信號接收動作，信號接收 信號光的97.6 %被導波於第1導波路芯部2 1的信號接收淳 21b ’信號接收信號光的〇 〇〇15 %被導波於第2導波路芯部 22的仏號傳輸埠22b，信號接收信號光係大致直線行進於直 89414.doc 1236554 線狀的第1導波路芯部2丨。因此，可得知，射入於第1導波 路芯部2 1的信號接收信號光係以1. 〇 dB以下之0.1 0 dB的低 損失被‘波於彳§號接收埠2 1 b。再者，可得知，導波至第2 導波路芯部22之信號光的強度為-28 dB，幾乎未被導波。 圖4A係顯示導波路形狀的圖，圖4B係顯示根據圖‘A所示 的光導波路的彳§號傳輸動作之際的導波光的強度圖案之模 擬結果的圖。圖4A所示的光導波路係作成與圖3八所示者相 同。再者，在圖4A及圖4B，X座標及Z座標係以μιη單位分 割了光導波路的形狀之位置座標。 如圖4Β所示，針對信號傳輸動作，來自於第2導波路芯部 22的信號傳輸信號光的87·8 %結合於第1導波路芯部21 後，被導波至共通信號傳輸接收璋21a。因此，可得知，來 自於第2導波路芯部22的信號傳輸信號光係以1〇忉以下之 0.57 dB的低損失被導波至第1導波路芯部21。 如以上所述，若根據本實施形態之光導波路及光信號傳 輸接收模組的話，則使用丨條光纖的同時，不須使用波長選 擇過濾器等的光學零件’而可達到雙方向之信號傳輸接收。 又，光導波路之各導波路芯部21、22係如上所述，由於 ^吏用圖案結構等總括形成，也不f要插人波長選擇過遽 器等的光學零件之溝槽，故能夠良率良好地製作低損失的 光導波路。這是由於在置人波長選擇過濾器等的光學零件 的情況時’在該處的光散射損失或接著強度之可靠性等之 特性劣化的要因變多之故。 本發明係不限於上述實施形態的說明。 89414.doc 1236554 例如基板1、構成光導波路2的包覆部20、23、及導波路 芯部21、22之材料不被特別限^，又構成光纖3的材料亦可 不被特別限定。 其他，在不脫離本發明的技術思想的範圍内，可進行各 種的變更。 【產業上的利用可能性】 本發明的光導波路及光信號傳輸接收模組係可適用於例 如光存取系統。 【圖式簡單說明】 圖1係顯示本實施形態之具備光導波路的光信號傳輸接 收模組的構成之一例的平面圖。 圖2係圖1所示的光導波路的A_A，線之剖面圖。 圖3A係顯示導波路形狀的圖，圖3B係顯示根據圖3A所示 的光導波路的信號接收動作之際的導波光的強度圖案之模 擬結果的圖。 圖4A係顯示導波路形狀的圖，圖4B係顯示根據圖4A所示 的光導波路的信號傳輸動作之際的導波光的強度圖案之模 擬結果的圖。 【主要元件符號說明】 基板 2 Λ 4 5 光導波路 光纖 受光元件 發光元件 89414.doc -15 - 1236554 20 包覆部 21 第1導波路芯部 21a 共通信號傳輸接收埠 21b 信號接收璋 22 第2導波路芯部 22a 分歧部 22b 信號傳輸埠 23 包覆部 894l4.doc -16-

Claims (1)

1236554 十、申請專利範圍： 1•一種光導波路，其係具有··一 埠，另一踹來#^%4 知形成共通信號傳輪接收 另、幵y成化號接收埠，而 的延伸成直線狀之第丨導波路;與朝又方向導波信號光 歧對於前述信號接收埠形成銳角地由前述第丨導波路分 歧’以一端結合於前述第1 埠，^朝^ ， 一端形成信號傳輸 阜而朝…丨導波路導波信號光之第2導波路。 .如申請專利範圍第丨項之光導波路， 係以可道、士户π /、〒則边弟1導波路 Μ 號光的複數個模式之尺寸來形成。 3·如申請專利範圍第1項之光導浊踗甘士， 路其結合於前述第i導波=二:其中前述第2光導波 往前述第1導波路側愈小。W之尺寸係形成為愈 4·纖種ίΓ號傳輸接收模組’其係經由光導波路結合光 、歲舍光元件及受光元件，具有： 且：：:吉合於前述光纖，另一端結合於前述受光元件， ^伸成直線狀之第1導波路；與 =於=述第i導波路的另—端側形成銳角地由前述第i 二路分歧，以一端結合於前述第丨導波路而另一端結人 於前述發光元件之第2導波路。 σ 5.如申請專利範圍第4項之光信號傳輸接收模組 贫1增、丄 /、τ刚逆 、：路係以可導波信號光的複數個模式之尺寸來形 成。 / 6. 如申請專利範U第4項之光信號傳輸接 組 ^ Ί ^ ，、丫月，J 迷 V波路其結合於前述第丨導波路的一端部之尺寸係 形成為愈往前述第1導波路側愈小。 89414.doc