WO2005057262A1 - 光モジュールおよびその製造方法 - Google Patents

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WO2005057262A1
WO2005057262A1 PCT/JP2004/017864 JP2004017864W WO2005057262A1 WO 2005057262 A1 WO2005057262 A1 WO 2005057262A1 JP 2004017864 W JP2004017864 W JP 2004017864W WO 2005057262 A1 WO2005057262 A1 WO 2005057262A1
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optical
optical fiber
optical element
active region
wiring
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PCT/JP2004/017864
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Inventor
Masaaki Nido
Kazuhiko Kurata
Mitsuru Kurihara
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Nec Corporation
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    • G02B6/422—Active alignment, i.e. moving the elements in response to the detected degree of coupling or position of the elements
    • G02B6/4227—Active alignment methods, e.g. procedures and algorithms

Definitions

  • the present invention has an optical coupling structure for optically connecting an optical waveguide such as a coaxial waveguide or a planar waveguide such as an optical fiber, and an optical element such as a surface emitting laser or a planar light receiving element.
  • the present invention relates to an optical module and a method for manufacturing the same.
  • An optical fiber coupling optical system of a front-end optical module used for optical communication includes an optical fiber, a member for fixing the optical fiber, a condensing optical system, and an optical element such as a semiconductor laser and a light receiving element. ing.
  • an optical module having a receptacle structure to which an optical fiber cable can be attached and detached has been increasing.
  • a ferrule in which a core and an optical fiber core wire having a cladding force are embedded is mounted, and an optical fiber cable having such a ferrule at an end portion is detachable.
  • An optical transmission module having a surface emitting laser is expected as an inexpensive optical transmission module.
  • the reason is that the cost of surface emitting lasers is expected to be low, and because the output light of the surface emitting laser is directly input to the optical fiber without using a focusing optical system, inexpensive optical fiber coupling optics is used. System can be realized.
  • Optical transmission modules using surface-emitting lasers are being commercialized for short-range optical communication in the short wavelength band (0.85 m band), and multimode optical fiber cores with large core diameters (about 50 m) Optical fibers are mainly used.
  • the optical fiber coupling optical system as described above is mainly used.
  • optical transmission modules using lasers are mainly used for optical communication applications with medium distance power and long distance, and single-mode optical fibers are mainly used as optical fibers.
  • the core diameter of the single mode optical fiber is as small as about 10 m, the relative positional accuracy of the components of the optical fiber coupling optical system is very small, about 1 ⁇ m or less in a plane perpendicular to the optical axis. Strict.
  • the surface emitting laser since the surface emitting laser has a small maximum light output, it is necessary to increase the efficiency of the light coupling to the single mode optical fiber in order to obtain the required light output.
  • a lens-coupling optical system that satisfies these requirements must have high component fabrication precision and mounting precision, resulting in extremely high manufacturing costs. Therefore, in an optical transmitter module using a long-wavelength surface-emitting laser, the output light of the surface-emitting laser is directly input to a single-mode optical fiber, and a lens-free, low-cost, high-efficiency optical coupling optical system is used. A system is desired.
  • bit rate of optical communication has been increased from 2.5 Gbps to 10 Gbps, and an optical transmission module having a surface emitting laser capable of supporting such a bit rate is desired. I have. To this end, it is indispensable to improve the high-frequency characteristics of the module on which the surface emitting laser is mounted, as well as the high speed driving of the surface emitting laser.
  • a planar waveguide type wavelength multiplexing optical transmitting / receiving module has been put into practical use as an optical waveguide in wavelength multiplexing optical communication.
  • the challenge is to optically couple the optical elements such as the semiconductor laser and the light receiving element to the single-mode planar waveguide formed on the planar waveguide substrate with low loss.
  • a coupling system between a waveguide and an optical element is desired.
  • an optical receiving module using a planar light receiving element has a relatively large light receiving aperture of about 20 m or more, so that a module using a single mode optical fiber or a single mode planar waveguide is used. Even in this case, the mounting accuracy may be lower than that of the optical transmission module using the surface emitting laser. However, the requirements for high frequency characteristics are the same as for the optical transmission module.
  • the optical receiving module using the planar light receiving element should have the same configuration as the optical transmitting module using the above-mentioned surface emitting laser. If the transmitting and receiving modules have the same configuration, it is desirable. , Optical transmission module and optical reception module And the cost can be reduced.
  • FIG. 12 shows the structure of a first conventional example of an optical transmission module using a surface emitting laser (see, for example, International Publication WO00Z08729 (Japanese Patent Application No. 2000-564272) (Patent Document 1)).
  • a surface emitting laser 100 is mounted on a positioning plate 102 erected on a wiring board 103 via an insulating film 104, and a light emitting area 101 of the surface emitting laser 100 is perpendicular to an optical axis of an optical fiber 105.
  • the optical fiber 105 and the surface emitting laser 100 are fixed by a transparent resin 106.
  • the surface emitting laser 100 is electrically connected to the laser driver IC 107 and the wiring substrate 103 by bonding wires 108 and 109.
  • the laser driver IC 107 and the wiring board 103 are fixed by a resin 110.
  • Such an optical transmission module is an optical fiber coupling optical system having no lens and configured to directly input the output light of the surface emitting laser 100 to the optical fiber 105.
  • FIG. 13 shows the structure of a second conventional example of an optical transmission module using a surface emitting laser (see, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-281504 (Patent Document 2)).
  • the surface emitting laser 124 is mounted on the electrode 126 formed on the surface of the holder 120 having a surface facing the light emitting region 125 of the surface emitting laser 124 by using a bump 127. Further, a through hole 121 is formed in the holder 120, and an optical fiber 122 is inserted into the through hole 121. The insertion depth of the optical fiber 122 is determined by the length of the optical fiber 122 from which the coating 123 is removed.
  • Such an optical transmission module is an optical fiber coupling optical system having no lens and configured to directly input the output light of the surface emitting laser 124 to the optical fiber 122.
  • the relative positional accuracy between the laser light and the optical fiber 122 is determined by the mounting accuracy between the surface emitting laser 124 and the holder 120 and the positional accuracy of the through hole 121.
  • FIG. 14 shows a structure of a third conventional example of an optical transmission module using a surface emitting laser (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-15459 (Patent Document 3), Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-237016 (Patent) See Reference 4)).
  • a surface emitting laser for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-15459 (Patent Document 3), Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-237016 (Patent) See Reference 4
  • a guide hole 134 for inserting the optical fiber 130 is formed on the back surface of the surface emitting laser 132.
  • the optical fiber 130 is inserted into the guide hole 134 and fixed by the transparent resin 135.
  • the part where the coating 131 of the optical fiber 130 is not stripped is supported. Carried by body 136.
  • the electrode 137 of the surface emitting laser 132 is bonded to the electric wiring 138 on the surface of the wiring board 139.
  • Such an optical transmission module is an optical fiber coupling optical system that does not have a lens and directly outputs the output light of the surface emitting laser 132 to the optical fiber 130.
  • the relative positional accuracy between the laser light and the optical fiber is determined by the positional accuracy of the guide hole 134 with respect to the light emitting region 133 of the surface emitting laser and the positional accuracy of the optical fiber 130.
  • surface emitting laser is replaced by “planar light receiving element”
  • light emitting area is replaced by “light receiving area”
  • laser driver IC is replaced by “amplifier IC”. The same applies to the optical receiving module.
  • FIG. 15 shows a structure of a fourth conventional example of an optical module in which an optical element and a planar waveguide are coupled (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-326662 (Patent Document 5) and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-305365). Gazette (see Patent Document 6).
  • the planar waveguide substrate 140 on which the planar waveguide 141 is formed is joined to the ceramic substrate 146 by solder 147.
  • the optical element 142 is joined to the optical element carrier 144 by solder 147 and is electrically connected to the optical element carrier 144 by bonding wires 145.
  • the optical element carrier 144 is joined to the ceramic substrate 146 by solder 147.
  • Such an optical module is provided by the positional accuracy of the active region 143 of the optical element 142 with respect to the outer shape of the optical element carrier 144 and the positional accuracy of the planar waveguide substrate 140 bonded to the ceramic substrate 146 and the optical element carrier 144.
  • the relative positional accuracy between the optical axis of the optical element 142 and the optical axis of the planar waveguide 141 is determined.
  • FIG. 16 shows a structure of a fifth conventional example of an optical module in which an optical element and a planar waveguide are coupled (see Patent Document 5).
  • a mirror 155 for converting the optical path by 90 degrees is formed on the planar waveguide substrate 150 on which the planar waveguide 151 is formed.
  • the optical element 152 is connected to the planar waveguide substrate 150 by a bump 154 such that the active region 153 is on the planar waveguide substrate 150 side.
  • Such an optical module has a shape accuracy of the mirror 155 with respect to the planar waveguide 151 and a positional accuracy of the active region 153 of the optical element 152 with respect to the mirror 155, so that the optical axis of the optical element 152 and the optical axis of the planar waveguide 151 are different.
  • the relative position accuracy is determined. Disclosure of the invention
  • the optical coupling efficiency greatly depends on a relative displacement between the optical fiber and the optical element, particularly in a plane perpendicular to the optical axis.
  • this displacement may be about 5 to 10 m, but in the case of a single-mode optical fiber, the displacement is only about 1 ⁇ m.
  • the distance is preferably within 50 ⁇ m, more preferably within 20 ⁇ m.
  • a relative displacement between the optical fiber and the optical element in a plane perpendicular to the optical axis will be considered particularly for an optical transceiver module using a single mode optical fiber.
  • the above-described conventional optical transmission module using a surface emitting laser has the following problems.
  • the type of optical fiber such as multimode or single mode is not specified, and the relative positional accuracy between the optical fiber and the surface emitting laser in a plane perpendicular to the optical axis is not considered.
  • the relative positional accuracy is basically determined by the manufacturing accuracy of a structure for fixing an optical fiber such as a holder and a surface emitting laser and the mounting accuracy of the surface emitting laser.
  • the accuracy of the dimensions and the position of the through hole 121 formed in the holder 120 and the accuracy when the surface emitting laser 124 is mounted on the holder 120 depend on the laser optical axis and the optical fiber 122.
  • the relative positional accuracy between them is determined. If the diameter of the through hole 121 is to be made precisely with an error of 1 ⁇ m so as to satisfy the mounting accuracy required when mounting the single mode optical fiber, the manufacturing cost of the holder 120 becomes extremely expensive. Further, it is difficult to make the relative positional accuracy between the center position of the through hole 121 and the center of the light emitting region 125 of the surface emitting laser 124 about 1 ⁇ m.
  • the force in which the guide hole 134 for the optical fiber 130 is formed on the back surface of the surface emitting laser 132 In such a configuration, when the optical fiber 130 is mounted, the surface emitting laser 132 , And the reliability of the surface emitting laser 132 deteriorates. Furthermore, the formation of such guide holes 134 causes a decrease in the yield of the surface emitting laser 132 itself. Also, in the thirteenth conventional example, it is clear that a module configuration corresponding to the optical fiber receptacle is disclosed.
  • the thirteenth conventional example does not disclose a module structure having excellent high-frequency characteristics.
  • a laser driver IC 107 is arranged close to a surface emitting laser 100, and the laser driver IC 107 and the surface emitting laser 100 are connected by bonding wires 108, 109.
  • an optical module in which the above-described conventional optical element and a planar waveguide are coupled has the following problems.
  • the optical axis of the optical element 142 and the optical axis of the planar waveguide 141 are aligned.
  • the relative positional accuracy is determined by the positional accuracy of the active region 143 of the optical element 142 with respect to the outer shape of the optical element carrier 144, and the positional accuracy of the planar waveguide substrate 140 bonded to the ceramic substrate 146 and the optical element carrier 144. Is done. For this reason, the assembly must be performed so that the optical axis deviation is about 5 to 10 m.
  • the optical element carrier 144 and the ceramic substrate 146 need to be made of a material such as ceramic which has high mechanical strength and little thermal deformation, and has a dimensional accuracy of 1 ⁇ m.
  • the cost of manufacturing is very high because it needs to be about m.
  • Waveguide board 1
  • the quantity of 50 is reduced, and it becomes more expensive. Also, to change the optical path with mirror 155
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and has been made in consideration of an optical coupling structure for connecting an optical waveguide such as an optical fiber to a planar waveguide, and a surface emitting laser or a planar light emitting device.
  • an optical module having an optical element such as a planar light receiving element even in a single mode, an optical module which can increase the optical coupling efficiency at a lower cost than a conventional one without the need for a lens and a method of manufacturing the same The purpose is to provide.
  • Another object of the present invention is to provide an optical module having a simple structure and easy mounting, and a method for manufacturing the same.
  • Still another object of the present invention is to provide an optical module having excellent high-frequency characteristics and a method for manufacturing the same.
  • an optical module includes a wiring substrate having an electric wiring formed on at least one surface thereof and a signal light passage portion, and a surface on which the electric wiring is formed.
  • the optical element is composed of a surface emitting laser or a planar light receiving element.
  • the active region of the optical element is a light emitting region of a surface emitting laser or It means the light receiving area of the planar light receiving element.
  • the present invention provides a wiring board having an electric wiring formed on at least one surface, and a planar board mounted on the wiring board such that the active region faces the surface on which the electric wiring is formed.
  • An optical module having an optical element and a ferrule holding an optical fiber!
  • a hole is formed in the wiring board at a position facing the active region of the optical element, and the hole includes a circle having the same diameter as the outer diameter of the optical fiber centered on the central axis of the active region.
  • the optical fiber is formed over a wider range than the circle, and is characterized in that it is inserted into a hole, protruding from the end face of the ferrule of the optical fiber, and optically coupled near the active region.
  • the optical element is mounted on one surface of the wiring board, and a hole is formed at a position facing the active region of the optical element on the wiring board.
  • the size of this hole is larger than the cross-sectional size of the optical fiber.
  • An optical fiber protruding from the ferrule by a certain length is inserted into this hole.
  • the protruding length of the optical fiber is determined in consideration of the thickness of the wiring board, the mounting height of the surface of the active area of the optical element from the wiring board, and the mounting distance between the end face of the ferrule where the optical fiber protrudes and the wiring board. Is determined. After the fiber, the optical element, and the wiring board are fixed to each other, the tip of the protruding optical fiber and the active region are optically coupled.
  • the distance between the tip of the optical fiber and the active region is preferably within 100 m.
  • a through-hole can be easily formed, but it is not necessary to penetrate as long as the above-mentioned interval can be satisfied, so long as the wiring of the wiring board does not hinder optical coupling.
  • the above-mentioned interval is particularly preferably within 50 m, more preferably within 20 m, in order to obtain a high optical coupling efficiency, particularly when a single mode optical fiber is used.
  • the interval may be 100 m or more when a multimode optical fiber having a large core diameter is used.
  • the relative position accuracy between the active region of the optical element and the core of the optical fiber in a plane perpendicular to the optical axis of the optical fiber It is determined by the mounting accuracy of the mounted wiring board and the ferrule.
  • the present invention provides a wiring board in which electric wiring is formed on at least one surface, and a planar board mounted on the wiring substrate such that the active region faces the surface on which the electric wiring is formed.
  • An optical module having an optical element and a ferrule holding an optical fiber!
  • the base material of the wiring board has a light-transmitting property with respect to light having a wavelength emitted or received by the optical element, and an opening is formed in the electric wiring at a position facing the active region of the optical element.
  • the opening is formed over a range including the circle having the same diameter as the outer diameter of the core of the optical fiber centered on the central axis of the active region, and extending over a larger area than the parenthesis.
  • the active region of the optical element is optically coupled.
  • the optical element is mounted on one surface of the wiring board, and the electric wiring is provided on the cross section of the core of the optical fiber at the portion of the wiring board facing the active region of the optical element. An opening larger than the size is formed.
  • the base material except for the electrical wiring of the wiring board has a substantially light-transmitting property with respect to the light of the wavelength emitted or received by the optical element, and the optical fiber inside the ferrule and the optical element are optically coupled. ing.
  • an electric wiring on the back surface of the wiring board an opening facing the core of the optical fiber is formed in this electric wiring in the same manner as described above. In this configuration, the ferrules do not need to have an optical fiber.
  • the distance between the tip of the optical fiber and the active region of the optical element is adjusted to be preferably within 100 / zm. It is mounted so that the distance between the optical element and the tip of the optical fiber is within 100 m, and the relative positioning between the active region of the optical element and the core of the optical fiber in a plane perpendicular to the optical axis of the optical fiber. If high precision is achieved, high optical coupling efficiency is realized.
  • the above-mentioned interval is preferably within 50 m, more preferably within 20 m, in order to obtain high optical coupling efficiency especially when a single mode optical fiber is used.
  • the interval may be 100 m or more when a multi-mode optical fiber having a large core diameter is used.
  • the thickness of the wiring board is limited to a small thickness in order to realize the above-described interval.
  • the present invention provides a wiring board in which electric wiring is formed on at least one surface, and a planar board mounted on the wiring board such that the active region faces the surface on which the electric wiring is formed.
  • a hole is formed in the wiring substrate at a position facing the active region of the optical element, and the hole is formed in the active region. It is formed over a wider area than the core of the planar waveguide centered on the central axis, and the planar waveguide end of the planar waveguide substrate and the active region of the optical element are optically coupled. It is characterized.
  • the wiring board may be formed using a flexible dielectric such as a polymer as a base material.
  • the wiring board is bent at a portion other than the portion where the optical element is mounted, and it is preferable that a part of the surface of the wiring board is substantially parallel to the optical axis of the optical fiber or the planar waveguide.
  • the surface of the terminal portion of the wiring board is substantially parallel to the optical axis of the optical fiber or the planar waveguide.
  • a flexible dielectric is used as the substrate of the wiring board, and the wiring board on which the optical element is mounted is bent in the middle so that the optical axis of the optical fiber or the planar waveguide is parallel to the wiring board at the end of the optical module.
  • Configuration can be realized.
  • flexible wiring boards based on polymers are widely used in applications such as mobile phones, and are very inexpensive boards. By using such wiring boards, inexpensive modules can be realized. There are also benefits.
  • a wiring for transmitting a high-frequency signal among electric wirings forms a coplanar line or a microstrip line.
  • the coplanar line and the microstrip line are lines suitable for confining high frequencies inside the dielectric of the board, and can suppress line loss by suppressing high-frequency radiation accompanying bending of the wiring board. Further, the coplanar line and the microstrip line are suitable as a high-frequency line because high-frequency reflection can be suppressed if the wiring width and the like are appropriately designed.
  • the coplanar line or the microstrip line is opposed to another electric wiring with a dielectric interposed therebetween.
  • this electrical wiring is formed on the back side of the substrate.
  • the optical fiber protrudes from the end face of the ferrule on the optical element side by a length of 200 m or less. It is characterized by having.
  • the ferrule can be used for applications other than the optical module described above.
  • a conventional ferrule there is a ferrule having an optical fiber protruding length of about lmm or more and used as a fiber stub for fiber coupling of an optical module. This requires fixing the ferrule and fixing the protruding end of the optical fiber at the position where the optical coupling is performed.Therefore, the flexibility of the optical fiber is necessary to fix it at these two locations.
  • the projection length of the optical fiber was required to be about 1 mm or more.
  • the ferrule of the present invention which is desired to have no flexibility, has a projection length of the optical fiber of 200 m or less. In this case, since the optical fiber can be fixed by fixing the ferrule, it can be easily used for direct coupling between the optical fiber and the optical element.
  • At least an end of the optical waveguide of the optical module having the optical waveguide and the planar optical element opposite to the optical element has a wavelength that transmits the optical element.
  • the observation light applied to the ferrule or the planar waveguide substrate propagates so that the intensity distribution in the core of the optical fiber or the planar waveguide is maximized, and the optical fiber or the planar waveguide is The tip of the side closer to the optical element is transmitted and then passes through the optical element.
  • the core of the optical fiber or the planar waveguide becomes the spot pattern of the light with the highest center intensity, and the cladding of the optical fiber or the planar waveguide has the lower intensity than the core.
  • the active region of the optical element can be observed as an electrode pattern, for example, a circular electrode opening pattern for emitting laser light.
  • This method has a mounting accuracy substantially equivalent to that of conventional active alignment, in which a laser is emitted and the amount of light emitted from a single-mode optical fiber coupled to the laser is monitored and mounted, that is, an error of 1 ⁇ m.
  • the following mounting accuracy can be obtained
  • the configuration of the thirteenth conventional example is, in consideration of the current state of the art, a force that is limited from practical mounting accuracy to application to an optical module using a multi-mode optical fiber.
  • the optical module using a single mode optical fiber can have a satisfactory high mounting accuracy and a high optical coupling efficiency.
  • the optical module of the present invention uses the ferrule, it corresponds to the configuration of the optical fiber receptacle. Processing of parts such as a holder in the present invention does not need to be so precise, but relatively strictness is required. The only accuracy that is required is the accuracy of the protruding length of the tip of the optical fiber from the ferrule. About ⁇ 10 m is sufficient. This is because the optical coupling efficiency has a large allowable range for displacement in the optical axis direction of the fiber even in the case of single mode optical fiber coupling.
  • the configuration of the conventional example of No. 415 is limited to the application to the optical receiving module using the planar light receiving element from the viewpoint of practical mounting and assembly accuracy in consideration of the current technical level. According to the invention, a high and satisfactory mounting and assembling accuracy and a high optical coupling efficiency can be obtained even with an optical transmission module using a surface emitting laser.
  • the present invention relates to a method of manufacturing an optical module having at least an optical fiber or a planar waveguide and a planar optical element, the end of the optical fiber or the planar waveguide opposite to the optical element.
  • the optical fiber or the planar waveguide is irradiated on the optical fiber or planar waveguide in a plane perpendicular to the optical axis of the optical fiber or the planar waveguide using the observation light transmitted through the optical element. And adjusting the relative position of the optical element.
  • the optical fiber may be a fiber cable that does not need to be embedded in the ferrule. Even with this method, mounting accuracy substantially equal to that of the conventional active alignment, that is, mounting accuracy with an error of about 1 IX m or less can be obtained, and it is easy to use with a simple configuration that does not require the emission of an optical element (laser). High precision mounting .
  • the high frequency characteristics of the optical module since the optical element is directly mounted on the wiring board by the flip chip, it is possible to apply a wiring design excellent in the high frequency characteristics.
  • the high-frequency signal line connecting the optical element and the IC can be a microstrip line / coplanar line with low high-frequency loss and low reflection.
  • the present invention high optical coupling efficiency can be easily realized even in a configuration using a single mode optical fiber. Further, according to the present invention, it is not necessary to particularly perform processing higher than usual for components such as holders used for mounting optical components, and the number of components is small, so that manufacturing costs can be reduced. it can. Further, according to the present invention, since the ferrule is used, it corresponds to the configuration of the optical fiber receptacle. Further, the present invention has a structure excellent in high frequency characteristics.
  • high optical coupling efficiency can be easily realized even in a configuration using a planar waveguide.
  • a high-precision and expensive optical element carrier and a ceramic substrate which were necessary for optically coupling a conventional optical element and a planar waveguide, are no longer necessary, and there is also a place where the optical element is mounted on the planar waveguide substrate. Since it becomes unnecessary, manufacturing costs can be reduced. Further, the structure is also excellent in high frequency characteristics.
  • the active region of the optical element and the optical fiber or the planar waveguide can be connected. High relative accuracy can be obtained in relative positioning.
  • the wiring board on which the optical element is mounted is made flexible, the optical axis of an optical waveguide such as an optical fiber or a planar waveguide can be held in parallel with the wiring board at the end of the optical module. Therefore, the optical module can be easily used in many applications.
  • flexible wiring boards based on polymers are widely used in applications such as mobile phones, and are very inexpensive wiring boards. By using such a board, an inexpensive module is realized. be able to. In the area where the wiring board is bent, deterioration of the high frequency characteristics can be suppressed by using a microstrip line configuration ⁇ a coplanar line configuration or the like.
  • the optical coupling efficiency can be improved without using a lens regardless of whether a single mode optical fiber or a multimode optical fiber is used.
  • the optical module has a simple structure, is easy to mount, is compatible with an optical fiber receptacle configuration, and has an excellent high-frequency characteristic.
  • the present invention can be applied to an optical transmission module using a light emitting element such as a surface emitting laser and an optical receiving module using a light receiving element such as a planar light receiving element.
  • a light emitting element such as a surface emitting laser
  • an optical receiving module using a light receiving element such as a planar light receiving element.
  • the optical transmission module and the optical reception module are configured based on the present invention and the basic configurations of the two are made the same, it is possible to reduce the manufacturing cost.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a first embodiment of the optical module according to the present invention.
  • FIG. 2A is an explanatory diagram showing a manufacturing method according to the first embodiment.
  • FIG. 2B is an explanatory view showing the manufacturing method according to the first embodiment.
  • FIG. 2C is an explanatory view showing the manufacturing method according to the first embodiment.
  • FIG. 2D is an explanatory view showing the manufacturing method according to the first embodiment.
  • FIG. 2E is an explanatory view showing the manufacturing method according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a flowchart showing a manufacturing method according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a sectional view showing a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a sectional view showing a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a sectional view showing a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a sectional view showing a fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 8A is a sectional view taken along line AA in FIG. 4.
  • FIG. 8B is a sectional view taken along line AA of FIG. 4.
  • FIG. 8C is a sectional view taken along line AA in FIG. 4.
  • FIG. 9 is a sectional view showing a sixth embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a sectional view showing a seventh embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a sectional view showing an eighth embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view showing a structure of a first conventional example.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view showing a structure of a second conventional example.
  • FIG. 14 is a sectional view showing a structure of a third conventional example.
  • FIG. 15 is a sectional view showing a structure of a fourth conventional example.
  • FIG. 16 is a sectional view showing a structure of a fifth conventional example.
  • an optical transmission module having a single-mode optical fiber as an optical waveguide and having a 1.3 m band surface emitting laser will be described.
  • an optical transmission module having a single-mode planar waveguide as an optical waveguide and having a 1.3 m band surface emitting laser will be described. Further, in the eighteenth embodiment, the same components are given the same names and reference numerals, and the description thereof will not be repeated.
  • FIG. 1 is a sectional view showing an optical fiber coupling structure of an optical transmission module having a surface emitting laser according to a first embodiment of the present invention. This figure shows a cross section taken along a plane passing through the optical axis of the optical fiber 2 at the center of the ferrule 1, that is, the central axis of the core 3 of the optical fiber 2.
  • a 100 m-thick wiring board 10 composed of a back surface electric wiring 7, a dielectric base material 8 and a front surface electric wiring 9 has a diameter smaller than the diameter of the optical fiber 2 (125 m).
  • the back surface electric wiring 7 is not always necessary.
  • a 1.3 m-band surface emitting laser 12, which is a planar optical element, is flip-chip mounted on the wiring board 10 using a solder bump 14 having a thickness of about 20 m.
  • the light emitting region (active region) 13 of the surface emitting laser 12 faces the through hole 11.
  • the back surface of the wiring board 10 is fixed to a holder 5 formed of a metal resin or the like by a resin 15.
  • the holder 5 is provided with a through hole 5a which faces the through hole 11 of the wiring board 10 and has a larger diameter than the through hole 11.
  • the ferrule 1 is inserted into the through hole 5a, and is fixed by the resin 6.
  • the end face of the ferrule 1 and the end face of the holder 5 are located in the same plane, and only the tip 4 of the optical fiber 2 enters the through hole 11 of the wiring board 10.
  • the distance between the tip 4 of the fiber 2 and the surface of the light emitting region 13 of the surface emitting laser 12 is about m.
  • the central axis of the through-hole 11 substantially coincides with the central axis of the light emitting region 13 of the surface emitting laser 12. That is, assuming that the through hole 11 is drawn on the wiring board 2 as a circle having the same diameter as the outer diameter of the optical fiber 2 around the center axis of the light emitting region 13 of the surface emitting laser 12 in the completed state of the optical transmission module. It is formed over a range that includes and includes the circle.
  • the central axis of the core 3 of the optical fiber 2 matches the central axis of the light emitting region 13 of the surface emitting laser 12 with an accuracy within ⁇ 1 m.
  • the rear end of the ferrule 1 can be coupled to a receptacle holder via a split sleeve, and by inserting a ferrule including another optical fiber into the receptacle holder, another ferrule is inserted.
  • a transmission path can be formed by coupling with an optical fiber.
  • the ferrule 1 is fixed in the through hole 5a of the holder 5 using the resin 6 (Step Sl).
  • the distal end of the optical fiber 2 is made to protrude from the end face of the ferrule 1 by 100 m, and the end face of the ferrule 1 and the end face of the holder 5 are fixed so as to be located in the same plane.
  • a surface emitting laser 12 in the 1.3 / zm band is mounted on the wiring board 10 having the through hole 11 formed thereon using the bump 14 (step S2).
  • the positional accuracy within the surface of the wiring board 10 when mounting the surface emitting laser 12 is sufficient if the error is within several meters.
  • the wiring board 10 is fixed to the holder 5 to which the ferrule 1 is fixed by using a resin 15.
  • the central axis of the tip 4 of the optical fiber 2, that is, the central axis of the core 3 of the optical fiber 2, and the central axis of the light emitting region 13 of the surface emitting laser 12 are aligned with the surface of the light emitting region 13 of the surface emitting laser 12. In the vicinity, it is necessary to implement them so that they match with an accuracy of within ⁇ 1 m. Therefore, as shown in FIG.
  • infrared light 16 is irradiated as observation light from the side opposite to the tip 4 of the ferrule 1, and the surface emitting laser 12 is irradiated.
  • the transmitted light pattern is also observed with the CCD camera 18 connected to the microscope (step S3).
  • the wiring board 10 on which the surface emitting laser 12 is mounted is moved using the mounting holder 17.
  • the infrared light 16 has a wavelength long enough to transmit the surface emitting laser 12 and the like, and has a wavelength that is sensitive to the CCD camera 18.
  • FIGS. 2D and E As shown in FIG.
  • FIG. 2D shows a state where the mounting position is not properly adjusted
  • FIG. 2E shows a state where the mounting position is correctly adjusted.
  • the entire end face of the optical fiber 2 appears bright, and in particular, the core 3 appears to shine strongly as a light spot.
  • the electrode 19 of the surface emitting laser 12 can be observed as a shadow, and the electrode opening 20 for laser output can be observed as a hole.
  • Step S4 mount so that the center of the core 3 (diameter 10 ⁇ m) of the optical fiber 2 and the center of the electrode opening 20 (for example, diameter 8 m) of the surface emitting laser 12 coincide in the imaging screen.
  • the wiring board 10 is moved by the holder 17 (Step S4).
  • the mounting holder 17 is stopped, the wiring board 10 is brought into close contact with the holder 5, and the resin 15 is heated and cured (Step S5).
  • the optical transmission module having the structure shown in FIG. 1 is completed.
  • the center of the light emitting region 13 of the surface emitting laser 12 and the center of the core 3 of the optical fiber 2 coincide with an error of ⁇ 1 m or less.
  • Optical coupling is realized.
  • the optical fiber coupling loss is almost the same as that of the active alignment in which the laser is emitted and the optical fiber that is optically coupled with the laser is three-dimensionally positioned. It can be easily realized by two-dimensional (within one plane) positioning without emitting light.
  • step S2 of mounting the surface emitting laser 12 on the wiring board 10 the wiring board 10 is mounted on the holder 5 to which the ferrule 1 is fixed.
  • Steps for S3—S5 Performing Force These orders may be changed. That is, step S3 for mounting the surface emitting laser 12 on the wiring substrate 10 may be performed after steps S3 to S5 for mounting the wiring substrate 10 on the holder 5 to which the ferrule 1 is fixed.
  • the relative positioning between the surface emitting laser 12 and the core 3 of the optical fiber 2 is determined by irradiating the observation light (such as infrared light 16) illuminating the ferrule 1 with the optical fiber 2
  • the surface emitting laser 12 is observed while observing in a plane perpendicular to the optical axis of the wiring board.
  • FIG. 4 shows a second embodiment of the present invention.
  • the optical transmission module of the present embodiment can be bent as shown by using a flexible base material such as a polymer as the dielectric base material 8 constituting the wiring board 10. That is, the wiring board 10 of the optical transmission module of the present embodiment is different from the first embodiment in that a bent portion 21 and a board area 22 where the wiring board 10 is substantially parallel to the optical fiber optical axis are added. .
  • the optical axis of the optical fiber 2 and the connection wiring provided at the end of the optical transmission module can be substantially parallelized. Thereby, the optical transmission module of the present embodiment can be easily connected to a circuit board (not shown) on which the optical communication module is mounted.
  • a device configuration in which the optical axis of the optical fiber 2 is parallel to the circuit board has been widely used conventionally, and the structure of the present embodiment shown in FIG. 4 is easily applicable to such a device.
  • the bent portion 21 may be bent gently with a constant radius of curvature, for example. Such a configuration is preferable because the wiring is less likely to be torn by bending as compared to a configuration having a bent portion.
  • the other configuration is the same as that of the first embodiment, and the description is omitted.
  • FIG. 5 shows a third embodiment of the present invention.
  • This embodiment has a configuration in which a driver IC 23 for driving the surface emitting laser 12 is mounted on a substrate region 22 of the wiring substrate 10 of the second embodiment shown in FIG.
  • the other configuration is the same as that of the first and second embodiments, and the description is omitted.
  • FIG. 6 shows a fourth embodiment of the present invention.
  • the other configuration is the same as that of the first to thirteenth embodiments, and thus the description is omitted.
  • FIG. 7 shows a fifth embodiment of the present invention.
  • the surface-emitting laser 12 is driven on the portion of the wiring board 10 fixed to the holder 5.
  • the driver IC 23 is mounted using bumps 24.
  • the wiring board 10 has a configuration in which the wiring board 10 reaches a board area 22 which is an end of the optical transmission module via a plurality of bent portions 21. In this configuration, the terminal substrate region 22 and the optical axis of the optical fiber 2 are parallel and have the same height.
  • the other configuration is the same as that of the first to fourteenth embodiments, and thus the description is omitted.
  • the flexible wiring board 10 is provided.
  • the optical module the optical coupling efficiency is high with a simple configuration.
  • an effect is obtained that can easily cope with various device configurations.
  • the surface electrical wiring 9 of the wiring board 10 at the bent portion 21 is a wiring that has a small amount of high-frequency radiation loss and reflection due to bending, particularly when high-frequency signals pass through.
  • 8A to 8C illustrate a cross-sectional structure of the bent portion 21 of the wiring board 10 according to the present invention. These cross-sectional views are cut along the line AA in FIG.
  • a microstrip line including a front surface signal line 30 and a back surface ground line 31 opposed to each other with the dielectric substrate 8 interposed therebetween is configured. Most of the high-frequency electromagnetic field is confined inside the dielectric substrate 8, so that high-frequency radiation loss due to bending is suppressed.
  • the power supply line 32 and the low-frequency signal wiring 33 do not need to have the same configuration as the surface signal wiring 30 and the back ground line 31.
  • the front surface signal wiring 30, the power supply line 32, and the low frequency signal wiring 33 constitute the front surface electric wiring 9 shown in FIG. 17 and the back surface ground line 31 forms the back surface electric wiring 7.
  • a signal wiring 34 and two ground lines 35 sandwiching the signal wiring 34 are arranged on the surface side of the dielectric base material 8 as high-frequency signal lines, and these form a coplanar line. I have. Most of the high-frequency electromagnetic field is confined inside the dielectric substrate 8, so that high-frequency radiation loss due to bending is suppressed.
  • the power supply line 32 and the low-frequency signal wiring 33 need not have such a configuration. Note that, in this example, the signal wiring 34, the ground line 35, the power supply line 32, and the low-frequency signal wiring 33 constitute the front electric wiring 9 shown in FIG. 17 and the rear electric wiring 7 does not exist.
  • the signal wiring 34 shown in FIG. A rear planar line 36 is arranged on the rear surface side of the dielectric substrate 8 so as to face the coplanar line composed of the lead line 35, thereby forming a coplanar line.
  • Most of the high-frequency electromagnetic field is confined inside the dielectric substrate 8, so that high-frequency radiation loss due to bending is suppressed.
  • the power supply line 32 and the low-frequency signal wiring 33 need not have such a configuration.
  • the signal wiring 34, the ground wiring 35, the power supply wiring 32, and the low-frequency signal wiring 33 constitute the front electric wiring 9 shown in FIG. 17 and the back ground wiring 36 forms the back electric wiring 7. I do.
  • the back ground electrodes 31, 36 formed on the back surface of the dielectric substrate 8 face the wiring formed on the front surface of the dielectric substrate 8. Since it has a configuration, it is particularly effective in suppressing high-frequency radiation loss due to bending in which the high-frequency electromagnetic field is strongly confined inside the dielectric substrate 8.
  • the configuration for suppressing the high-frequency radiation loss has been described with reference to FIGS. 8A to 8C.
  • the microstrip line and the coplanar line originally have a low-loss and low-reflection high-frequency in a flat wiring structure. It is designed as a line, and by applying this design, a wiring structure with less high-frequency loss and reflection due to bending can be achieved.
  • FIG. 9 shows a sixth embodiment of the present invention.
  • the tip of the optical fiber 2 is located on the same plane as the end face of the ferrule 1 and the end face of the holder 5.
  • the wiring board 40 (thickness: 40 ⁇ m) is composed of a back surface electric wiring 37, a dielectric base material 38, and a front surface electric wiring 39, and the dielectric base material 38 has a property of transmitting laser light. are doing.
  • the backside electrical wiring 37 is not always necessary.
  • the back surface electric wiring 37 and the front surface electric wiring 39 are formed with openings 41 and 42 each having a diameter of 200 ⁇ m larger than the diameter (125 ⁇ m) of the optical fiber 2.
  • the surface emitting laser 12 in the 1.3 / zm band is flip-chip mounted on a wiring board 40 using a solder bump 14 having a thickness of about 20 m.
  • the light emitting region 13 of the surface emitting laser 12 faces the wiring substrate 40.
  • the back surface of the wiring board 40 is fixed to the holder 5 with a resin 15.
  • the distance between the tip 4 of the optical fiber 2 and the surface of the light emitting region 13 of the surface emitting laser 12 is about 60 / zm.
  • the central axes of the apertures 41 and 42 substantially coincide with the central axis of the light emitting region 13 of the surface emitting laser 12.
  • the openings 41 and 42 are Assuming that a circle having the same diameter as the outer diameter of the optical fiber 2 is drawn around the center axis of the light emitting region 13 of the surface emitting laser 12 in the completed state of the module, the circle includes this circle and is wider and wider than the circle. They are formed.
  • the center axis of the light emitting region 13 of the surface emitting laser 12 and the center axis of the core 3 of the optical fiber 2 are mounted so as to coincide with an accuracy of ⁇ 1 m or less.
  • the openings 41, 42 are formed in the electric wirings 37, 39, but the electric wirings 37, 39 are fine wiring patterns, and the electric wirings 37, 39 are patterned so as to avoid the area facing the optical fiber.
  • the configuration in which the openings are formed is also included in the opening of the present embodiment.
  • the openings 41 and 42 do not necessarily have to have a diameter larger than the diameter of the optical fiber 2, and may have a diameter larger than the diameter of the core 3 of the optical fiber 2.
  • the first to sixth embodiments high optical coupling efficiency can be easily realized even with a configuration using a single mode optical fiber.
  • the number of components that require higher processing accuracy than usual for components such as holders used for mounting optical components is particularly small, the manufacturing cost can be suppressed.
  • the ferrule since the ferrule is used, it corresponds to the configuration of the optical fiber receptacle. Further, the high frequency characteristics have an excellent structure.
  • no lens is provided, regardless of whether a single-mode optical fiber or a multi-mode optical fiber is used, and the optical coupling efficiency is reduced by the configuration.
  • An optical module that is simple in height and easy to mount, is compatible with the optical fiber receptacle configuration, and has excellent high-frequency characteristics can be realized.
  • FIG. 10 shows a seventh embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view of an optical transmission module having a planar waveguide coupling structure and a surface emitting laser 12.
  • a through-hole 11 having a diameter of 80 m, which is larger than the core 52 of the optical waveguide, is formed on a wiring board 10 having a thickness of 40 m, which is composed of a dielectric substrate 8 and a surface electric wiring 9.
  • a 1.3 m band surface emitting laser 12, which is a planar optical element, is flip-chip mounted on the wiring board 10 using a solder bump 14 having a thickness of about 20 / zm.
  • the light emitting region (active region) 13 of the surface emitting laser 12 faces the through hole 11.
  • the back surface of the wiring board 10 is covered with a resin 15 Has been fixed by.
  • the central axis of the through-hole 11 substantially coincides with the central axis of the light emitting region 13 of the surface emitting laser 12.
  • the central axis of the core 52 of the planar waveguide 51 coincides with the central axis of the light emitting region 13 of the surface emitting laser 12 with an accuracy within ⁇ 1 m.
  • the dielectric substrate 8 constituting the wiring board 10 is made of a flexible base material such as a polymer so that it is bent as shown in FIG.
  • the region is fixed by a resin 54, and a driver IC 23 for driving the surface emitting laser 12 is mounted on the substrate region 22 by using a bump 24.
  • FIG. 11 shows an eighth embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view of an optical transmission module having a planar waveguide coupling structure and a surface emitting laser 12 different from the seventh embodiment.
  • the wiring board 40 (thickness 40 m) is composed of a dielectric base material 38 and surface electric wiring 39,
  • Reference numeral 38 has a property of transmitting laser light.
  • the surface emitting laser 12 of the band is flip-chip mounted on a wiring board 40 using a solder bump 14 having a thickness of about 20 / zm.
  • the light emitting region 13 of the surface emitting laser 12 faces the wiring substrate 40.
  • the back surface of the wiring substrate 40 is fixed to the planar waveguide substrate 50 with the resin 15.
  • the central axis of the opening 42 substantially coincides with the central axis of the light emitting region 13 of the surface emitting laser 12.
  • the central axis of the light emitting region 13 of the surface emitting laser 12 and the central axis of the core 52 of the planar waveguide 51 match with an accuracy within ⁇ 1 m.
  • the other configuration is the same as in the seventh embodiment, and a description thereof will not be repeated.
  • the main part of the method for manufacturing the optical module including the planar waveguide shown in FIGS. 10 and 11 is substantially the same as the method for manufacturing the optical module including the optical fiber shown in the flowchart in FIG. Briefly, a planar waveguide 51 is formed on a planar waveguide substrate 50 in advance. Next, the surface emitting laser 12 is mounted on the wiring substrates 10 and 40 having the through holes 11 and 42 formed thereon using the bumps 14, and the wiring substrates 10 and 40 are mounted on the planar waveguide substrate 50 using the resin 15. Fix it.
  • the planar waveguide substrate 50 is irradiated with, for example, infrared light as observation light from the opposite side of the resin application surface, and the surface emitting laser 12 Observe the transmitted light pattern on the back side with a CCD camera connected to a microscope.
  • the central axis of the planar waveguide 51 that is, the central axis of the core 52 of the planar waveguide 51, and the central axis of the light emitting region 13 of the surface emitting laser 12 are set near the surface of the light emitting region 13 of the surface emitting laser 12. Mount the wiring boards 10 and 40 so that they match with an accuracy of ⁇ 1 m or less.
  • the wiring substrates 10 and 40 are brought into close contact with the planar waveguide substrate 50.
  • the resin 15 is cured by heating.
  • the driver IC 23 is mounted on the wiring boards 10 and 40 via the bumps 24, and the wiring boards 10 and 40 and the planar waveguide board 50 are fixed to the board 53 by the resin 54.
  • an optical module having a structure as shown in FIGS. 10 and 11 is completed.
  • the driver IC 23 may be attached to the wiring boards 10 and 40 via the bumps 24 before the wiring boards 10 and 40 are bonded to the planar waveguide board 50.
  • high optical coupling efficiency can be easily realized even with a configuration using a planar waveguide.
  • the optical fiber 2 or the planar waveguide 51 used in the first to eighteenth embodiments described above is a single mode optical fiber or a single mode planar waveguide.
  • the present invention is not limited to such a configuration.
  • a configuration using a multimode optical fiber or a multimode planar waveguide may be used.
  • the relative positional accuracy of the optical fiber 2 or the planar waveguide 51 and the surface emitting laser 12 in a plane perpendicular to the optical axis may have an error of about 10 m, so that mounting can be performed more easily.
  • the wavelength band of the surface emitting laser 12 is not limited, and a surface emitting laser that outputs laser light in various wavelength bands can be used.
  • an optical receiving module including a planar light receiving element instead of a surface emitting laser and an amplifier IC instead of a laser driver IC has a configuration substantially similar to that of the above-described first to eighteenth embodiments. By doing so, substantially the same operation and effect can be obtained. That is, the present invention is not limited to the optical transmission module, but covers an entire optical module including the optical reception module.
  • an optical module having the above-described effects is manufactured. In doing so, high accuracy is obtained in the relative positioning between the active region of the optical element and the optical fiber or the planar waveguide.
  • the wiring board on which the optical element is mounted is made flexible, the optical axis of an optical waveguide such as an optical fiber or a planar waveguide can be held in parallel with the wiring board at the end of the optical module. Therefore, the optical module can be easily used in many applications.
  • flexible wiring boards based on polymers are widely used in applications such as mobile phones, and are very inexpensive wiring boards. By using such a board, an inexpensive module is realized. be able to. In the area where the wiring board is bent, the deterioration of the high frequency characteristics can be suppressed by using a microstrip line configuration ⁇ ⁇ a coplanar line configuration or the like.
  • the present invention can be applied to an optical transmission module using a light emitting element such as a surface emitting laser and an optical receiving module using a light receiving element such as a planar light receiving element.
  • the wavelength of the light used is not particularly limited. In this way, when the optical transmission module and the optical reception module are configured based on the present invention and the basic configurations of the two are the same, the manufacturing cost can be reduced.

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Abstract

　少なくとも一方の面に電気配線（９，３９）が形成され、通過部を有する配線基板と、電気配線が形成された面に活性領域（１３）が対向し、かつ、前記活性領域が前記通過部に対向するように前記配線基板に実装された平面状の光学素子（１２）と、一端が前記光学素子と光学的に結合された光導波路とを備える。これにより、光導波路としてシングルモードの光ファイバ（２）やシングルモードの平面導波路（５１）を用いる場合であっても、高い光結合効率が容易に実現できる。                                                                                 

Description

明 細 書
光モジュールおよびその製造方法
技術分野
[0001] 本発明は、光ファイバなどの同軸導波路や平面導波路等の光導波路を光学的に 接続するための光結合構造と、面発光レーザや平面状受光素子などの光学素子と を有する光モジュールとその製造方法に関する。
背景技術
[0002] 光通信に用いられるフロントエンドの光モジュールの光ファイバ結合光学系は、光 ファイバおよびこれを固定する部材と、集光光学系と、半導体レーザゃ受光素子等 の光学素子とから構成されている。このなかでも近年、光ファイバケーブルを着脱可 能なレセプタクル構造を有する光モジュールの重要性が大きくなつて 、る。レセプタ クル構造を有する光モジュールでは、コアとクラッド力 なる光ファイバ芯線が埋め込 まれたフェルールを実装しており、このようなフエルールを終端部に有する光ファイバ ケーブルを着脱可能な構成となって 、る。
[0003] 面発光レーザを有する光送信モジュールは、低価格の光送信モジュールとして期 待されている。この理由としては、面発光レーザの低価格化が期待されることや、集 光光学系を用いることなく面発光レーザの出力光を光ファイバに直接入力する構成 であるため安価な光ファイバ結合光学系を実現できることなどが挙げられる。面発光 レーザを用いた光送信モジュールは、短波長帯 (0. 85 m帯）の短距離光通信用 途で製品化が進んでおり、光ファイバのコア径の大きい（50 m程度）マルチモード 光ファイバが主に用いられている。このマルチモード光ファイバでは、光ファイバのコ ァ径が大きいため、光ファイバと面発光レーザの発光領域との相対的な位置決め精 度は誤差 5— 10 m程度でよい。このため、簡易なレンズ結合光学系を用いることが でき、結果として安価な光ファイバ結合光学系を実現することができる。短波長帯の 面発光レーザモジュールでは、主に、上述したような光ファイバ結合光学系が用いら れている。
[0004] これに対して、現在開発が行われている長波長帯（1. 26-1. 6 m帯）の面発光 レーザを用いた光送信モジュールは、中距離力も長距離の光通信用途が中心であり 、光ファイバとしては主にシングルモード光ファイバが用いられている。この場合、シ ングルモード光ファイバのコア径が 10 m程度と小さいため、光ファイバ結合光学系 の構成部品の相対的な位置精度は、光軸に垂直な面内では 1 μ m程度以下と非常 に厳しい。また、面発光レーザは最大光出力が小さいため、必要な光出力を得るた めには面発光レーザ力 シングルモード光ファイバへの光結合効率を高くすることが 必要である。これらの要求を満たすレンズ結合光学系は、部品作製精度および実装 精度が高くなければならず、製造コストが非常に高価になってしまう。このため、長波 長帯の面発光レーザを用いた光送信モジュールでは、面発光レーザの出力光をシ ングルモード光ファイバに直接入力し、レンズを用いない、安価で光結合効率の高い 光ファイバ結合光学系が望まれている。
[0005] 上述した状況に加えて、近年では光通信のビットレートが 2. 5Gbps力ら lOGbpsへ 増大してきており、このようなビットレートに対応できる面発光レーザを有する光送信 モジュールが望まれている。このためには、面発光レーザの高速ィ匕はもちろんのこと 、この面発光レーザを搭載するモジュールの高周波特性を改善することも必須になつ ている。
[0006] また、近年、波長多重光通信にお!、て光導波路として平面導波路型の波長多重光 送受信モジュールが実用化されている。この場合も、半導体レーザゃ受光素子等の 光学素子と平面導波路基板に形成したシングルモードの平面導波路を低損失で光 結合することが課題になっており、安価で光結合効率の高い平面導波路と光素子の 結合系が望まれている。
[0007] 一方、平面状受光素子を用いた光受信モジュールは、通常は受光口径が 20 m 程度以上と比較的大き!、ため、シングルモードの光ファイバやシングルモードの平面 導波路を用いたモジュールであっても、面発光レーザを用いた光送信モジュールより も実装精度が低くて構わない。しかし、高周波特性に関する要求は、光送信モジユー ルと同様である。平面状受光素子を用いた光受信モジュールも、上述した面発光レ 一ザを用いた光送信モジュールと同様の構成であるのが望ましぐ送信用と受信用 のモジュールが同様な構成であれば、光送信モジュールと光受信モジュールをセット にして製造でき、コストを低減することができる。
[0008] 以下、面発光レーザの出力光を光ファイバに直接入力する光ファイバ結合光学系 を用いた光送信モジュールの従来例にっ 、て説明する。
[0009] 図 12に、面発光レーザを用いた光送信モジュールの第 1の従来例の構造を示す（ 例えば、国際公開 WO00Z08729号 (特願 2000-564272号）（特許文献 1)を参 照)。配線基板 103上に絶縁膜 104を介して立てられた位置決め板 102に面発光レ 一ザ 100が実装され、面発光レーザ 100の発光領域 101は光ファイバ 105の光軸に 対して垂直になっている。光ファイバ 105と面発光レーザ 100は、透明榭脂 106によ り固定されている。面発光レーザ 100とレーザドライバ IC107および配線基板 103と は、ボンディングワイヤ 108, 109で電気的に接続されている。レーザドライバ IC107 と配線基板 103とは、榭脂 110により固定されている。このような光送信モジュールは 、レンズを持たず、面発光レーザ 100の出力光を光ファイバ 105に直接入力させる構 成の光ファイバ結合光学系である。
[0010] 図 13に、面発光レーザを用いた光送信モジュールの第 2の従来例の構造を示す（ 例えば、特開 2001— 281504号公報 (特許文献 2)を参照)。面発光レーザ 124の発 光領域 125と対向する面を持つホルダ 120の表面に形成された電極 126に、バンプ 127を用いて面発光レーザ 124が実装されている。また、ホルダ 120には、貫通穴 1 21が形成されており、この貫通穴 121に光ファイバ 122が差し込まれている。光ファ ィバ 122の差込深さは、光ファイバ 122の被覆 123が剥かれた長さによって決定され る。このような光送信モジュールは、レンズを持たず、面発光レーザ 124の出力光を 光ファイバ 122に直接入力させる構成の光ファイバ結合光学系である。レーザ光と光 ファイバ 122の相対的な位置精度は、面発光レーザ 124とホルダ 120の間の実装精 度と貫通穴 121の位置精度によって決定される。
[0011] 図 14に、面発光レーザを用いた光送信モジュールの第 3の従来例の構造を示す（ 例えば、特開平 9 15459号公報 (特許文献 3) ,特開平 6— 237016号公報 (特許文 献 4)参照）。面発光レーザ 132の裏面には、光ファイバ 130の挿入のためのガイド穴 134が形成されている。光ファイバ 130は、ガイド穴 134に差し込まれ、透明榭脂 13 5により固定されている。光ファイバ 130の被覆 131が剥かれていない部分は、支持 体 136により保持されている。面発光レーザ 132の電極 137は、配線基板 139の表 面の電気配線 138に接着されている。このような光送信モジュールは、レンズを持た ず、面発光レーザ 132の出力光を光ファイバ 130に直接入力させる光ファイバ結合 光学系である。レーザ光と光ファイバの相対的な位置精度は、面発光レーザの発光 領域 133に対するガイド穴 134の位置精度や光ファイバ 130の位置精度によって決 定される。
[0012] なお、以上の説明では、「面発光レーザ」を「平面状受光素子」に、「発光領域」を「 受光領域」に、「レーザドライバ IC」を「アンプ IC」にそれぞれ置き換えることによって、 光受信モジュールにも当てはまる。
[0013] 次に、半導体レーザゃ受光素子等の光学素子と、平面導波路とを結合した光モジ ユールの従来例について説明する。
[0014] 図 15に、光学素子と平面導波路を結合した光モジュールの第 4の従来例の構造を 示す (例えば、特開平 11— 326662号公報 (特許文献 5) ,特開 2001— 305365号公 報 (特許文献 6)参照)。平面導波路 141が形成されている平面導波路基板 140は、 半田 147によりセラミック基板 146に接合されている。光学素子 142は、半田 147に よって光学素子キャリア 144に接合され、ボンディングワイヤ 145によって光学素子キ ャリア 144と電気的に接続されている。この光学素子キャリア 144は、半田 147によつ てセラミック基板 146に接合されている。このような光モジュールは、光学素子キヤリ ァ 144の外形に対する光学素子 142の活性領域 143の位置精度や、セラミック基板 146に接合された平面導波路基板 140と光学素子キャリア 144との位置精度により、 光学素子 142の光軸と平面導波路 141の光軸の相対的な位置精度が決定される。
[0015] 図 16に、光学素子と平面導波路を結合した光モジュールの第 5の従来例の構造を 示す (特許文献 5参照)。平面導波路 151が形成されて!ヽる平面導波路基板 150に は、光路を 90度変換するミラー 155が形成してある。光学素子 152は、活性領域 15 3が平面導波路基板 150側になるように、バンプ 154により平面導波路基板 150に接 合されている。このような光モジュールは、平面導波路 151に対するミラー 155の形 状精度や、ミラー 155に対する光学素子 152の活性領域 153の位置精度によって、 光学素子 152の光軸と平面導波路 151の光軸の相対的な位置精度が決定される。 発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0016] 光ファイバと光学素子とを光学的に直接結合させる構成において、光結合効率は、 特に光軸に垂直な面内における光ファイバと光学素子の相対的な位置ずれに大きく 依存する。マルチモード光ファイバの場合にはこの位置ずれが 5— 10 m程度でも よいが、シングルモード光ファイバの場合には位置ずれが 1 μ m程度しか許容されな い。一方、光軸方向の相対的位置ずれについては両者ともに比較的許容されやすく 、光学素子の活性領域、すなわち、面発光レーザの発光領域または平面状受光素 子の受光領域と、光ファイバの先端との間の距離は、シングルモード光ファイバの場 合には 50 μ m以内であればよぐ望ましくは 20 μ m以内である。
[0017] ここで、特にシングルモード光ファイバを用いる光送受信モジュールについて、光 軸に垂直な面内における光ファイバと光学素子の相対的位置ずれについて考察す る。
[0018] 前述した従来の面発光レーザを用いた光送信モジュールには、以下の問題点があ る。第 1一 3の従来例では、マルチモードやシングルモードといった光ファイバの種類 は特定されておらず、光軸に垂直な面内における光ファイバと面発光レーザとの相 対的な位置精度については具体的に言及されていない。これらの従来例では、基本 的に、ホルダなどの光ファイバおよび面発光レーザを固定する構造体の作製精度お よび面発光レーザの実装精度によって相対的な位置精度が決定される。例えば、第 2の従来例では、ホルダ 120に形成された貫通穴 121の寸法および位置の精度と、 面発光レーザ 124をホルダ 120に実装する際の精度によって、レーザ光軸と光フアイ バ 122の間の相対的な位置精度が決まる。シングルモード光ファイバの実装時に要 求される実装精度を満たすように貫通穴 121の径を誤差 1 μ mで精緻に作ろうとする と、このホルダ 120の製造コストは非常に高価になる。また貫通穴 121の中心位置と 面発光レーザ 124の発光領域 125の中心との相対的な位置精度を誤差 1 μ m程度 にするのは、困難である。しかし、第 1一 3の従来例の構成において、これらの精度を マルチモード光ファイバ実装時に要求される実装精度である誤差 10 μ mにすること はさほど困難ではなく実現可能である。このように現在の技術水準を鑑みると、第 1一 3の従来例は、明確に記載されてはいないが、実質上マルチモード光ファイバを想定 した構成であることは明らかであり、シングルモード光ファイバにお 、て応用可能な構 成は実質上示されていない。
[0019] また、第 3の従来例では、面発光レーザ 132の裏面に光ファイバ 130用のガイド穴 1 34が形成されている力 このような構成では光ファイバ 130の実装時に面発光レー ザ 132に応力がかかり、面発光レーザ 132の信頼性が悪化する。さら〖こ、このような ガイド穴 134の形成は面発光レーザ 132自体の歩留まりを低下させる要因となる。ま た、第 1一 3の従来例では、光ファイバレセプタクルに対応したモジュール構成を開 示して 、な 、ことも明らかである。
[0020] 以上説明した問題点に加えて、第 1一 3の従来例には、高周波特性に優れたモジ ユール構造について開示されていない。 lOGbps以上の信号伝送レートでは、面発 光レーザの駆動電気信号の波形劣化の問題が起こりやすぐレーザドライバ ICから 面発光レーザへの配線および実装構造を工夫する必要がある。第 1の従来例では、 レーザドライバ IC 107を面発光レーザ 100に近接して配置し、ボンディングワイヤ 10 8, 109によってレーザドライバ IC107と面発光レーザ 100とを接続している。このよう な構成において、 lOGbps程度以下の信号であれば、ボンディングワイヤ 108, 109 の長さをおおむね 0. 5mm以下にすることによって信号波形劣化を抑制できる。しか し、実際にこのような近接配置構成を採用すると、レーザドライバ IC107から面発光レ 一ザ 100へ熱干渉が生じるという問題が発生する。また、実際の光送信モジュールで は、複数 (例えば L :左、 C :中央、 R:右)の受動素子を実装する場合が多いが、これ らの実装の都合上、上述したように近接して配置することは難しい。したがって、レー ザドライバ IC107と面発光レーザ 100の間の間隔が長くなるため、高周波特性に優 れた特別な配線設計が必要である。しかしながら、高周波特性を向上させるための 構成は、第 1の従来例には開示されていない。また、第 2, 3の従来例においても、高 周波特性に優れたモジュール構造にっ 、ては、特に明確な記載がな 、。
[0021] なお、以上説明した問題点は、光受信モジュールにおいても同様に存在する。
[0022] また、前記した従来の光学素子と平面導波路を結合した光モジュールには以下の 問題点がある。第 4の従来例では、光学素子 142の光軸と平面導波路 141の光軸の 相対的な位置精度は、光学素子キャリア 144の外形に対する光学素子 142の活性 領域 143の位置精度と、セラミック基板 146に接合された平面導波路基板 140と光 学素子キャリア 144との位置精度により決定される。このため、光軸ずれが 5— 10 m程度になるように組み立てなければならない。このような精度を実現するには、光 学素子キャリア 144およびセラミック基板 146は、機械的強度に優れ熱的変形も僅か なセラミックなどの材料によって構成する必要があり、さらに寸法精度も誤差 1 μ m程 度のものが必要になるため、製造コストが非常に高価になる。第 5の従来例では、高 価な平面導波路基板 150にミラー 155を形成する必要があり、かつ、光学素子 152 を実装する場所が必要となるため、 1枚の基板材料から製作できる平面導波路基板 1
50の数量が減り、さらに高価になってしまう。また、ミラー 155で光路を変換するため
、平面導波路 151端面から光学素子 152の活性領域 153までの光路長を短くするの には限界があり、光結合効率が悪ィ匕してしまう。
[0023] そこで、本発明は、上述したような課題を解決するためになされたものであり、光フ アイバゃ平面導波路等の光導波路接続のための光結合構造と、面発光レーザや平 面状受光素子などの光学素子を有する光モジュールにお 、て、シングルモードの場 合でも、レンズを必要とせずに、従来よりも安価に光結合効率を上げることができる光 モジュールおよびその製造方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、構造が簡単で実装が容易な光モジュールおよびその製造方法を 提供することを目的とする。
さらに、本発明は、高周波特性に優れた光モジュールおよびその製造方法を提供 することを目的とする。
課題を解決するための手段
[0024] このような目的を達成するために、本発明に係る光モジュールは、少なくとも一方の 面に電気配線が形成され、信号光通過部を有する配線基板と、電気配線が形成さ れた面に活性領域が対向し、かつ、活性領域が信号光通過部に対向するように配線 基板に実装された平面状の光学素子と、一端が光学素子と光学的に結合された光 導波路とを備えたことを特徴とする。ここで、光学素子は、面発光レーザや平面状受 光素子から構成される。光学素子の活性領域とは、面発光レーザの発光領域または 平面状受光素子の受光領域を意味する。
[0025] また、本発明は、少なくとも一方の面に電気配線が形成された配線基板と、電気配 線が形成された面に活性領域が対向するように配線基板に実装されている平面状の 光学素子と、光ファイバを保持して 、るフェルールとを有する光モジュールにお！/、て 、配線基板の光学素子の活性領域と対向する位置に穴が形成されており、穴は、活 性領域の中心軸を中心とする光ファイバの外径と同じ直径の円を含みかっこの円より も広い範囲に亘つて形成されており、光ファイバの先端部力 フエルールの端面から 突出して穴内に挿入され、活性領域に近接して光学的に結合していることを特徴と する。
[0026] この構成〖こよると、配線基板の一方の面に光学素子が実装されており、配線基板の 光学素子の活性領域に対向する位置には穴が形成されている。この穴のサイズは、 光ファイバの断面のサイズよりも大きい。この穴に、フエルールから一定の長さだけ突 出した光ファイバが差し込まれている。光ファイバの突出長さは、配線基板の厚さや、 光学素子の活性領域の表面の配線基板からの実装高さや、フエルールの光ファイバ が突出する側の端面と配線基板との実装間隔を考慮して決定される。フ ルールと 光学素子と配線基板とが互いに固定された後に、突出した光ファイバの先端部と活 性領域が光学的に結合される。
[0027] 光ファイバの先端部と活性領域との間隔は 100 m以内が望ましい。穴としては、 貫通穴が作成しやすいが、前記した間隔を満たすことができれば貫通していなくても よぐ配線基板の配線が光結合を阻害しなければよい。光学素子と光ファイバの先端 部との間隔が 100 /z m以内になるように実装され、光ファイバの光軸に垂直な面内で 光学素子の活性領域と光ファイバのコアとの相対的な位置決めが高精度にできれば 、高い光結合効率が実現する。なお、前記した間隔は、特にシングルモード光フアイ バを用いる場合にぉ 、て高 、光結合効率を得るためには、望ましくは 50 m以内、 さらに望ましくは 20 m以内がよい。しかし、この間隔は、光結合効率が所望の値を 満たせば、コア径の大きいマルチモード光ファイバを用いる場合などでは 100 m以 上であってもよい。一方、光ファイバ光軸に垂直な面内での光学素子の活性領域と 光ファイバのコアとの相対的な位置精度は、本発明の構成によれば、光学素子が実 装された配線基板とフエルールとの実装精度で決定される。このとき、配線基板のフ エルールへの固定には、厚さ数十/ z mを有する半田バンプに代えて、厚さ数/ z m程 度の薄膜榭脂を用いることにより、実装精度の高度化を図ることができる。
[0028] また、本発明は、少なくとも一方の面に電気配線が形成された配線基板と、電気配 線が形成された面に活性領域が対向するように配線基板に実装されている平面状の 光学素子と、光ファイバを保持して 、るフェルールとを有する光モジュールにお！/、て 、配線基板の基材は、光学素子において発光または受光される波長の光に対する 透光性を有しており、電気配線には、光学素子の活性領域と対向する位置に開口が 形成されており、開口は、活性領域の中心軸を中心とする光ファイバのコアの外径と 同じ直径の円を含みかっこの円よりも広い範囲に亘つて形成されており、光ファイバ の先端部と光学素子の活性領域とが光学的に結合していることを特徴とする。
[0029] この構成〖こよると、配線基板の一方の面に光学素子が実装されており、配線基板の 光学素子の活性領域に対向する部分において、電気配線には光ファイバのコアの 断面のサイズよりも大きい開口が形成されている。また、配線基板の電気配線を除く 基材は、光学素子の発光または受光する波長の光に対しておおむね透光性を有し ており、フエルール内部の光ファイバと光学素子は光学的に結合している。配線基板 の裏面に電気配線がある場合には、この電気配線にも前記したのと同様に光フアイ バのコアと対向する開口が形成される。この構成では、フェルールカも光ファイバが 突出して 、なくてもょ 、。フエルールと光学素子と配線基板が互いに固定された後に 、光ファイバの先端部と光学素子の活性領域の間隔が、望ましくは 100 /z m以内とな るように調整される。光学素子と光ファイバの先端部との間隔が 100 m以内になる ように実装され、光ファイバの光軸に垂直な面内で光学素子の活性領域と光ファイバ のコアとの相対的な位置決めが高精度にできれば、高い光結合効率が実現する。な お、前記した間隔は、特にシングルモード光ファイバを用いる場合において高い光結 合効率を得るためには、望ましくは 50 m以内、さらに望ましくは 20 m以内がよい 。しかし、この間隔は、光結合効率が所望の値を満たせば、コア径の大きいマルチモ ード光ファイバを用いる場合などでは 100 m以上であってもよい。この構成では、 以上述べた間隔を実現するために、配線基板の厚さが薄く制限される。 [0030] また、本発明は、少なくとも一方の面に電気配線が形成された配線基板と、電気配 線が形成された面に活性領域が対向するように配線基板に実装されている平面状の 光学素子と、平面導波路を形成した平面導波路基板とを有する光モジュールにお 、 て、配線基板の光学素子の活性領域と対向する位置に穴が形成されており、穴は、 活性領域の中心軸を中心とする平面導波路のコアよりも広い範囲に亘つて形成され ており、平面導波路基板の平面導波路端部と光学素子の活性領域とが光学的に結 合していることを特徴とする。
[0031] 配線基板は、ポリマなどのフレキシブルな誘電体を基材として形成されていてもよ い。その場合、配線基板は光学素子が実装されている部分以外の個所で曲げられ、 配線基板の一部の表面が光ファイバまたは平面導波路の光軸と実質的に平行にな つていることが好ましい。特に、配線基板の末端部の表面が光ファイバまたは平面導 波路の光軸と実質的に平行になっていることが好ましい。一般の光モジュールでは、 光ファイバまたは平面導波路の光軸と光モジュールの末端における配線基板とが平 行な構成が多ぐこのような構成となることが望まれる場合が多い。したがって、配線 基板の基材としてフレキシブルな誘電体を用い、光学素子を実装した配線基板を途 中で曲げて、光ファイバまたは平面導波路の光軸と光モジュールの末端における配 線基板が平行な構成が実現できる。特に、ポリマを基材とするフレキシブルな配線基 板は、携帯電話などの用途で広く使われており、非常に安価な基板であり、このよう な配線基板を用いることによって安価なモジュールを実現できるメリットもある。
[0032] さらに、少なくとも配線基板の曲げられている個所では、電気配線のうち高周波信 号を伝送する配線がコプレーナラインまたはマイクロストリップラインを構成しているこ とが好ましい。コプレーナラインおよびマイクロストリップラインは、高周波を基板の誘 電体内部に閉じ込めるのに適した線路であり、配線基板の曲げに伴う高周波放射を 抑制して線路損失を抑えることができる。また、コプレーナラインおよびマイクロストリツ プラインは、配線幅等が適切に設計されれば高周波反射も抑えることができるので、 高周波線路として適して 、る。
[0033] さらに望ましくは、コプレーナラインまたはマイクロストリップラインは、誘電体を挟ん で他の電気配線と対向している。その場合、この電気配線は基板の裏面側に形成さ れており、これをグランド電位につないで高周波電磁界の基板誘電体内部への閉じ こめを強化し、高周波放射をさらに抑制することができる。
[0034] また、本発明は、光学素子と光学的に結合される光ファイバを保持しているフェル ールにおいて、光ファイバが、フェルールの光学素子側の端面から 200 m以下の 長さだけ突出していることを特徴とする。
[0035] このフエルールは、前記した光モジュール以外の用途にも用いることができる。従来 のフエルールとしては、光ファイバの突出長さが lmm程度以上でファイバスタブとし て光モジュールのファイバ結合に用いられてきたものがある。これは、フエルールを固 定し、さらに、突出した光ファイバの先端部を光結合する位置で固定するため、このよ うに 2個所で固定を行うためには、光ファイバのフレキシビリティが必要であり、光ファ ィバの突出長さが lmm程度以上必要であった。しかし、フエルールと光ファイバを一 体の光学部品として用いる用途では、フレキシビリティがない方が望ましぐ本発明の フエルールは光ファイバの突出長さが 200 m以下である。この場合、フエルールを 固定すれば光ファイバの固定ができるため、光ファイバと光学素子の直接結合に用 いやすい。
[0036] 本発明に係る光モジュールの製造方法は、少なくとも光導波路と平面状の光学素 子とを有する光モジュールの光導波路の光学素子とは反対側の端部に、光学素子を 透過する波長の観測光を照射する照射ステップと、光学素子を透過した観測光を用 いて、光導波路の光軸に垂直な面内において光導波路と光学素子の相対位置を調 整する調整ステップとを備えること特徴とする。
この方法〖こよると、フエルールまたは平面導波路基板に照射された観測光は、光フ アイバまたは平面導波路のコアにおける強度分布が最大になるように伝播し、光ファ ィバまたは平面導波路の光学素子に近い側の先端部力 出た後に光学素子を透過 する。光学素子の裏面からこの透過光を観察すると、光ファイバまたは平面導波路の コアは中心強度が最も大きい光のスポットパターンとして、光ファイバまたは平面導波 路のクラッドはコアよりも強度が低い光パターンとして観測される。また、光学素子の 活性領域は、電極パターン、例えばレーザ光出射のための円形の電極開口パターン として観察することができる。これらのパターンを相対的に一致させれば、 目的とする 、光ファイバまたは平面導波路のコアと光学素子との間の相対的な実装位置の調整 が実現できる。この方法は、例えばレーザを発光させてこれと結合させたシングルモ ード光ファイバから出てくる光量をモニタして実装する従来のアクティブアラインメント と実質的に同程度の実装精度、すなわち誤差 1 μ m以下程度の実装精度が得られる
[0037] 第 1一 3の従来例の構成は、現在の技術水準を考慮すると、現実的な実装精度か らマルチモード光ファイバを用いた光モジュールへの適用に制限される力 本発明で は、シングルモード光ファイバを用いた光モジュールでも満足できる高 、実装精度が 得られ、高い光結合効率が得られる。また、本発明の光モジュールは、フエルールを 用いているため、光ファイバレセプタクルの構成に対応している。本発明におけるホ ルダ等の部品の加工はそれほど高精度である必要はなぐ比較的厳密さが要求され る精度はフエルールからの光ファイバの先端部の突出長さの精度だけである力 これ も誤差 ± 10 m程度で十分である。これは、光結合効率が、シングルモード光フアイ バ結合の場合でもファイバ光軸方向の位置ずれに対して許容範囲が大きいためであ る。
[0038] 第 4一 5の従来例の構成は、現在の技術水準を考慮すると、現実的な実装組立精 度から平面状受光素子を用いた光受信モジュールへの適用に制限されるが、本発 明では、面発光レーザを用いた光送信モジュールでも満足できる高 、実装組立精度 が得られ、高い光結合効率が得られる。
[0039] また、本発明は、少なくとも光ファイバまたは平面導波路と平面状の光学素子とを有 する光モジュールの製造方法にぉ 、て、光ファイバまたは平面導波路の光学素子と 反対側の端部に、光学素子を透過する波長の観測光を照射し、光学素子を透過し た観測光を用いて、光ファイバまたは平面導波路の光軸に垂直な面内において光フ アイバまたは平面導波路と光学素子の相対位置を調整することを特徴とする。
[0040] この方法の場合、光ファイバはフェルールに埋め込まれている必要はなぐファイバ ケーブルであってもよい。この方法でも、従来のアクティブアラインメントと実質的に同 程度の実装精度、すなわち誤差 1 IX m程度以下の実装精度が得られ、しかも光学素 子 (レーザ)を発光させる必要がなぐ簡易な構成で容易に高精度実装を実現できる 。一方、光モジュールの高周波特性については、光学素子が配線基板に直接フリツ プチップ実装されているため、高周波特性に優れた配線設計を適用することができる
。例えば、光学素子と ICとをつなぐ高周波信号線を、高周波損失が小さく反射が少 ないマイクロストリップラインゃコプレーナラインとすることができる。
発明の効果
[0041] 本発明によれば、シングルモードの光ファイバを用いる構成であっても、高い光結 合効率が容易に実現できる。また、本発明によれば、光学部品を実装するために用 いられるホルダ等の部品について特に通常より高い加工精度を必要とすることはなく 、部品点数も少ないため、製造コストを抑制することができる。また、本発明によれば 、フエルールを用いているため、光ファイバレセプタクルの構成に対応している。さら に、本発明は、高周波特性についても優れた構造となっている。
[0042] また、本発明によれば、平面導波路を用いる構成であっても、高い光結合効率が容 易に実現できる。し力も、従来の光学素子と平面導波路を光学的に結合するために 必要であった高精度で高価な光学素子キャリアやセラミック基板が不要となり、平面 導波路基板に光学素子を実装する場所も不要となるため、製造コストを抑制すること ができる。さらに、高周波特性についても優れた構造になっている。
[0043] また、本発明によれば、上述したような効果を有する光モジュールを製造する上で、 本発明の製造方法を用いることによって、光学素子の活性領域と光ファイバや平面 導波路との相対的な位置決めにお 、て高 、精度が得られる。
[0044] さらに、光学素子を実装する配線基板をフレキシブルなものとすると、光ファイバや 平面導波路等の光導波路の光軸と光モジュールの末端となる配線基板とを平行に 保持することができ、光モジュールとして多くの用途に使いやすくなる。特に、ポリマ を基材とするフレキシブルな配線基板は、携帯電話などの用途で広く使われて 、る 非常に安価な配線基板であり、このような基板を用いることによって安価なモジユー ルを実現することができる。配線基板中で曲げられる領域では、マイクロストリップライ ン構成ゃコプレーナライン構成などを用いて高周波特性の劣化を抑制できる。
[0045] したがって、本発明によると、シングルモード光ファイバを用いる場合であってもマ ルチモード光ファイバを用いる場合であっても、レンズを持たな ヽ構成で光結合効率 が高ぐ構造が簡単で実装が容易であり、光ファイバレセプタクル構成に対応でき、 かつ高周波特性に優れた光モジュールが実現できる。
[0046] また、本発明は、面発光レーザ等の発光素子を用いる光送信モジュールにも、平 面状受光素子等の受光素子を用いる光受信モジュールにも適用でき、用いられる光 の波長に関しても特に限定されない。このようにして、光送信モジュールと光受信モ ジュールとを本発明に基づく構成にして両者の基本構成を同一にすると、製造コスト を低減することが可能となる。
図面の簡単な説明
[0047] [図 1]図 1は、本発明による光モジュールの第 1の実施例を示す断面図である。
[図 2A]図 2Aは、第 1の実施例の製造方法を示す説明図である。
[図 2B]図 2Bは、第 1の実施例の製造方法を示す説明図である。
[図 2C]図 2Cは、第 1の実施例の製造方法を示す説明図である。
[図 2D]図 2Dは、第 1の実施例の製造方法を示す説明図である。
[図 2E]図 2Eは、第 1の実施例の製造方法を示す説明図である。
[図 3]図 3は、第 1の実施例の製造方法を示すフローチャートである。
[図 4]図 4は、本発明の第 2の実施例を示す断面図である。
[図 5]図 5は、本発明の第 3の実施例を示す断面図である。
[図 6]図 6は、本発明の第 4の実施例を示す断面図である。
[図 7]図 7は、本発明の第 5の実施例を示す断面図である。
[図 8A]図 8Aは、図 4の A— A線の断面図である。
[図 8B]図 8Bは、図 4の A— A線の断面図である。
[図 8C]図 8Cは、図 4の A— A線の断面図である。
[図 9]図 9は、本発明の第 6の実施例を示す断面図である。
[図 10]図 10は、本発明の第 7の実施例を示す断面図である。
[図 11]図 11は、本発明の第 8の実施例を示す断面図である。
[図 12]図 12は、第 1の従来例の構造を示す断面図である。
[図 13]図 13は、第 2の従来例の構造を示す断面図である。
[図 14]図 14は、第 3の従来例の構造を示す断面図である。 [図 15]図 15は、第 4の従来例の構造を示す断面図である。
[図 16]図 16は、第 5の従来例の構造を示す断面図である。
発明を実施するための最良の形態
[0048] 以下、図面を参照して、本発明の実施例について詳細に説明する。
[0049] 後述する第 1一 6の実施例では、光導波路としてシングルモードの光ファイバを有し 、 1. 3 m帯の面発光レーザを有する光送信モジュールについて説明する。また、 後述する第 7, 8の実施例では、光導波路としてシングルモードの平面導波路を有し 、 1. 3 m帯の面発光レーザを有する光送信モジュールについて説明する。また、 第 1一 8の実施例において、同等の構成には同じ名称および符号を付し、適宜説明 を省略する。
[0050] (第 1の実施例）
図 1は、本発明の第 1の実施例の面発光レーザを有する光送信モジュールの光フ アイバ結合構造を示す断面図である。この図は、フェルール 1の中心にある光フアイ バ 2の光軸、すなわち光ファイバ 2のコア 3の中心軸を通る面で切断した断面を示して いる。
[0051] この光送信モジュールでは、裏面電気配線 7と誘電体基材 8と表面電気配線 9とか ら構成された厚さ 100 mの配線基板 10に、光ファイバ 2の直径（125 m)よりも大 きい直径 200 mの貫通穴 11が形成されている。ここで、裏面電気配線 7は必ずしも 必要ではない。また、平面状の光学素子である 1. 3 m帯の面発光レーザ 12は、配 線基板 10上に、厚さ 20 m程度の半田バンプ 14を用いてフリップチップ実装されて いる。この面発光レーザ 12の発光領域 (活性領域） 13は、貫通穴 11に対向している 。一方、配線基板 10の裏面は、榭脂 15によって、金属ゃ榭脂などから形成されたホ ルダ 5に固定されている。ホルダ 5には、配線基板 10の貫通穴 11と対向しこの貫通 穴 11よりも大径の貫通穴 5aが設けられている。この貫通穴 5a内にフエルール 1は揷 入されて、榭脂 6によって固定されている。フエルール 1の中心には、シングルモード の光ファイバ 2が存在し、この光ファイノ 2の先端部 4がフエルール 1の端面から 100 μ mだけ突出している。フェルール 1の端面とホルダ 5の端面は同一面内に位置して おり、光ファイバ 2の先端部 4のみが配線基板 10の貫通穴 11内に進入している。光 ファイバ 2の先端部 4と面発光レーザ 12の発光領域 13の表面との間隔は、 m程 度である。貫通穴 11の中心軸は、面発光レーザ 12の発光領域 13の中心軸とおお むね一致している。すなわち、貫通穴 11は、配線基板 2に、光送信モジュールの完 成状態において面発光レーザ 12の発光領域 13の中心軸を中心として光ファイバ 2 の外径と同じ直径の円を描いたとすると、その円を含みその円よりも広い範囲に亘っ て形成されている。光ファイバ 2のコア 3の中心軸は、面発光レーザ 12の発光領域 1 3の中心軸と ± 1 m以内の精度で一致するようになっている。
[0052] 図示しな 、が、フエルール 1の後端部を、割りスリーブを介してレセプタクルホルダと 結合させることができ、このレセプタクルホルダに他の光ファイバを含むフエルールを 挿入することによって、他の光ファイバと結合させて伝送路を構成することができる。 このようにして、一般的な光ファイバレセプタクル構造に対応することができる。
[0053] はじめに、図 2Aに示すようにフェルール 1を、ホルダ 5の貫通穴 5a内に榭脂 6を用 いて固定する（ステップ Sl)。このとき、光ファイバ 2の先端部 4力 フエルール 1の端 面から 100 mだけ突出するようにするとともに、フエルール 1の端面とホルダ 5の端 面が同一面内に位置するように固定する。一方、図 2Bに示すように、貫通穴 11が形 成された配線基板 10に 1. 3 /z m帯の面発光レーザ 12をバンプ 14を用いて実装す る (ステップ S 2)。面発光レーザ 12を実装する際の配線基板 10面内における位置精 度は、誤差数 m以内であれば十分である。
[0054] 次に、フエルール 1を固定したホルダ 5に、配線基板 10を榭脂 15を用いて固定する 。このとき、光ファイバ 2の先端部 4の中心軸、すなわち光ファイバ 2のコア 3の中心軸 と、面発光レーザ 12の発光領域 13の中心軸とを、面発光レーザ 12の発光領域 13の 表面付近において、誤差 ± 1 m以内の精度で一致するように実装する必要がある 。そこで、図 2Cに示すように、榭脂 15をホルダ 5の表面に塗った後、フェルール 1の 先端部 4とは反対側から、観察光として例えば赤外光 16を照射し、面発光レーザ 12 の裏面側力もその透過光のパターンを、顕微鏡に接続した CCDカメラ 18で観察する (ステップ S3)。面発光レーザ 12が搭載された配線基板 10は、実装ホルダ 17を用い て移動させる。赤外光 16は、面発光レーザ 12などを透過するのに十分な長波長で あり、 CCDカメラ 18に感度がある波長のものを用いる。これによつて、図 2Dおよび E に示すように、光ファイバ 2の光軸に垂直な面内の画像として、 CCDカメラ 18で観察 された透過光パターンが得られる。図 2Dは、実装位置が正しく調整されていない状 態であり、図 2Eは、実装位置が正しく調整された状態である。 CCDカメラ 18の撮像 画面では、光ファイバ 2の端面全体が明るく見え、特に、コア 3が光のスポットとして強 く光って見える。また、面発光レーザ 12の電極 19は影として、レーザ出力のための電 極開口 20は穴としてそれぞれ観察できる。これらを観察しながら光ファイバ 2のコア 3 (直径 10 μ m)の中心と、面発光レーザ 12の電極開口 20 (例えば直径 8 m)の中 心とが撮像画面内で一致するように、実装ホルダ 17によって配線基板 10を移動させ る（ステップ S4)。コア 3の中心と電極開口 20の中心とが撮像画面内で一致したら、 実装ホルダ 17を停止して配線基板 10をホルダ 5に密着させ、榭脂 15を加熱硬化さ せる (ステップ S5)。これにより、図 1に示す構造の光送信モジュールが完成する。
[0055] 以上説明した実装工程の結果、面発光レーザ 12の発光領域 13の中心と、光フアイ ノ 2のコア 3の中心とは、誤差 ± 1 m以内の精度で一致するため、高効率の光結合 が実現する。本実施例では、光ファイバ結合損失を ldB程度に低減することが可能 である。すなわち、従来行われていた、レーザを発光させてそのレーザと光結合され る光ファイバとを 3次元的に位置決めするアクティブアラインメントと同程度の光フアイ バ結合損失が、本実施例によると、レーザを発光させることなく 2次元的な（1つの平 面内における)位置決めで簡単に実現できる。本発明に係る光モジュールの製造方 法を採用することによって、簡単な実装装置を用いても高い生産性で光結合効率の 高 、光モジュールを製造することができる。
[0056] なお、図 2, 3に示されている実装工程では、面発光レーザ 12を配線基板 10へ実 装するステップ S2の後に、フエルール 1が固定されたホルダ 5に配線基板 10を実装 するためのステップ S3— S5を行っている力 これらの順番を変更してもよい。すなわ ち、フエルール 1が固定されたホルダ 5に配線基板 10を実装するためのステップ S 3 一 S5の後に、面発光レーザ 12を配線基板 10に実装するステップ S2を行うようにして もよい。この場合、面発光レーザ 12と光ファイバ 2のコア 3との間の相対的な位置決め を、フエルール 1に照射した観察光 (赤外光 16など）を面発光レーザ 12の裏面側から 光ファイバ 2の光軸に垂直な面内で観察しながら行い、面発光レーザ 12を配線基板 10に固定することによって、高効率の光ファイバ結合が実現できる。
[0057] (第 2の実施例）
図 4に本発明の第 2の実施例を示す。本実施例の光送信モジュールは、配線基板 10を構成する誘電体基材 8をポリマなどのフレキシブルな基材にすることによって、 図示するように屈曲させることができる。すなわち、本実施例の光送信モジュールの 配線基板 10は、第 1の実施例に、曲げ部 21と、配線基板 10が光ファイバ光軸とほぼ 平行になった基板領域 22とが付加されている。このような構造に採ることによって、光 ファイバ 2の光軸と、光送信モジュールの末端に設けられる接続用の配線とをほぼ平 行にすることができる。これにより、本実施例の光送信モジュールは、この光通信モジ ユールを搭載する回路基板（図示せず)との接続が容易になる。光ファイバ 2の光軸と 回路基板とが平行な装置構成は、従来から広く用いられており、図 4に示す本実施 例の構造はこのような装置に適用しやすい。なお、曲げ部 21は、例えば一定の曲率 半径で緩やかに曲げるようにしてもよい。このような構成は、折れ曲がり部が存在する 構成に比べると曲げによる配線の断裂が起こりにくくいので好ましい。なお、その他の 構成については第 1の実施例と同様であるため説明を省略する。
[0058] (第 3の実施例）
図 5に本発明の第 3の実施例を示す。本実施例は、図 4に示す第 2の実施例の配 線基板 10の基板領域 22に、面発光レーザ 12を駆動するドライバ IC23が、バンプ 24 を用いて搭載された構成を有する。なお、その他の構成については第 1, 2の実施例 と同様であるため説明を省略する。
[0059] (第 4の実施例）
図 6に本発明の第 4の実施例を示す。本実施例では、図 4に示す第 2の実施例の配 線基板 10のホルダ 5に固定されている部分に、面発光レーザ 12を駆動するドライノ I C23を、バンプ 24を用いて搭載した構成を有する。なお、その他の構成については 第 1一 3の実施例と同様であるため説明を省略する。
[0060] (第 5の実施例）
図 7に本発明の第 5の実施例を示す。本実施例では、図 6に示す第 4の実施例と同 様に、配線基板 10のホルダ 5に固定されている部分に、面発光レーザ 12を駆動する ドライバ IC23がバンプ 24を用いて搭載されている。また、配線基板 10は、複数の曲 げ部 21を経て、光送信モジュールの末端となる基板領域 22に至る構成を有する。こ の構成では、末端の基板領域 22と、光ファイバ 2の光軸とが平行であり、かつ、高さ がー致している。なお、その他の構成については第 1一 4の実施例と同様であるため 説明を省略する。
[0061] 図 4一 7を参照して説明した第 2— 5の実施例のようにフレキシブルな配線基板 10 が設けられて 、る光モジュールによると、簡単な構成で光結合効率が高 、と 、う効果 のみならず、様々な装置構成に容易に対応できるという効果が得られる。ただし、こ のようなフレキシブルな配線基板 10では、曲げ部 21における配線基板 10の表面電 気配線 9が、特に高周波信号の通る場合には、曲げに伴う高周波放射損失や反射 の少ない配線とする必要がある。図 8A—図 8Cに、本発明に係る配線基板 10の曲げ 部 21における断面構造を例示している。これらの断面図は、図 4の A— A，の位置で 切断したものを示している。
[0062] 図 8Aに示す例では、高周波信号線として、誘電体基材 8を挟んで対向する表面信 号配線 30と裏面グランド線 31とからなるマイクロストリップラインが構成されている。高 周波電磁界の大部分は誘電体基材 8の内部に閉じ込められるので、曲げによる高周 波放射損失が抑制される。電源線 32や低周波信号配線 33に関しては、表面信号配 線 30や裏面グランド線 31のような構成にする必要はない。なお、この例では、表面 信号配線 30と電源線 32と低周波信号配線 33が図 1一 7に示す表面電気配線 9を構 成し、裏面グランド線 31が裏面電気配線 7を構成する。
[0063] 図 8Bに示す例では、高周波信号線として、誘電体基材 8の表面側に信号配線 34 とこれを挟む 2つのグランド線 35とが配置され、これらによってコプレーナラインが構 成されている。高周波電磁界の大部分は誘電体基材 8の内部に閉じ込められるので 、曲げによる高周波放射損失が抑制される。電源線 32や低周波信号配線 33に関し ては、このような構成にする必要はない。なお、この例では、信号配線 34とグランド線 35と電源線 32と低周波信号配線 33が図 1一 7に示す表面電気配線 9を構成し、裏 面電気配線 7は存在しな ヽ。
[0064] 図 8Cに示す例では、高周波信号線として、図 8Bに示す信号配線 34およびグラン ド線 35からなるコプレーナラインに対向するように、誘電基材 8の裏面側に裏面ダラ ンド線 36が配置されることによりコプレーナラインが構成されて 、る。高周波電磁界 の大部分は誘電体基材 8の内部に閉じ込められるので、曲げによる高周波放射損失 が抑制される。電源線 32や低周波信号配線 33に関しては、このような構成にする必 要はない。なお、この例では、信号配線 34、グランド線 35、電源線 32および低周波 信号配線 33が図 1一 7に示す表面電気配線 9を構成し、裏面グランド線 36が裏面電 気配線 7を構成する。図 8Aおよび図 8Cに示す構成の高周波信号線は、誘電基材 8 の表面側に形成された配線に、誘電体基材 8の裏面側に形成された裏面グランド電 極 31, 36が対向する構成を有するので、特に高周波電磁界の誘電体基材 8の内部 への閉じ込めが強ぐ曲げに対する高周波放射損失抑制に大きな効果がある。
[0065] 以上、高周波放射損失を抑制するための構成について図 8A—図 8Cを参照して説 明したが、マイクロストリップラインおよびコプレーナラインは、もともと平坦な配線構造 において低損失および低反射の高周波線路として設計されるものであり、この設計を 応用することによって、曲げによる高周波損失および反射の少ない配線構造とするこ とがでさる。
[0066] (第 6の実施例）
図 9に本発明の第 6の実施例を示す。本実施例では、光ファイバ 2の先端部は、フ エルール 1の端面およびホルダ 5の端面と同一面に位置している。配線基板 40 (厚さ 40 μ m)は、裏面電気配線 37と誘電体基材 38と表面電気配線 39から構成されてお り、誘電体基材 38はレーザ光に対して透光性を有している。裏面電気配線 37は必 ずしも必要ではない。裏面電気配線 37および表面電気配線 39は、それぞれ光ファ ィバ 2の直径（125 μ m)よりも大きい直径 200 μ mの開口 41, 42が形成されている。 1. 3 /z m帯の面発光レーザ 12は、配線基板 40上に、厚さ 20 m程度の半田バンプ 14を用いてフリップチップ実装されている。面発光レーザ 12の発光領域 13は、配線 基板 40に対向している。配線基板 40の裏面は、ホルダ 5に榭脂 15によって固定され ている。光ファイバ 2の先端部 4と、面発光レーザ 12の発光領域 13の表面との間隔 は、 60 /z m程度である。開口 41, 42の中心軸は、面発光レーザ 12の発光領域 13の 中心軸とおおむね一致している。すなわち、開口 41, 42は、配線基板 2に、光送信 モジュールの完成状態において面発光レーザ 12の発光領域 13の中心軸を中心とし て光ファイバ 2の外径と同じ直径の円を描いたとすると、この円を含みかっこの円より も広、範囲に亘つて形成されて 、る。面発光レーザ 12の発光領域 13の中心軸と光 ファイバ 2のコア 3の中心軸とは、 ± 1 m以内の精度で一致するように実装されて!ヽ る。
[0067] なお、上述したように電気配線 37, 39には開口 41, 42が形成されているが、電気 配線 37, 39が微細な配線パターンであって光ファイバに対向する領域を避けてパタ ーン形成されている構成も、本実施例の開口に含まれる。また、この開口 41, 42は、 必ずしも光ファイバ 2の直径よりも大きい直径を有する必要はなぐ光ファイバ 2のコア 3の直径よりも大き 、直径を有する構成であれば構わな!/、。
[0068] このように第 1一第 6の実施例によれば、シングルモードの光ファイバを用いる構成 であっても、高い光結合効率が容易に実現できる。また、光学部品を実装するために 用いられるホルダ等の部品について特に通常より高い加工精度を必要とすることは なぐ部品点数も少ないため、製造コストを抑制することができる。また、フエルールを 用いているため、光ファイバレセプタクルの構成に対応している。さらに、高周波特性 につ 、ても優れた構造となって 、る。
[0069] したがって、第 1一 6の実施例によると、シングルモード光ファイバを用いる場合であ つてもマルチモード光ファイバを用いる場合であっても、レンズを持たな!、構成で光 結合効率が高ぐ構造が簡単で実装が容易であり、光ファイバレセプタクル構成に対 応でき、かつ高周波特性に優れた光モジュールが実現できる。
[0070] (第 7の実施例）
図 10は、本発明の第 7の実施例を示し、平面導波路結合構造と面発光レーザ 12を 有する光送信モジュールの断面図である。本実施例では、誘電体基材 8と表面電気 配線 9とから構成された厚さ 40 mの配線基板 10に、光導波路のコア 52よりも大き い直径 80 mの貫通穴 11が形成されている。平面状の光学素子である 1. 3 m帯 の面発光レーザ 12は、配線基板 10上に、厚さ 20 /z m程度の半田バンプ 14を用い てフリップチップ実装されている。この面発光レーザ 12の発光領域 (活性領域） 13は 、貫通穴 11に対向している。配線基板 10の裏面は、平面導波路基板 50に榭脂 15 によって固定されている。貫通穴 11の中心軸は、面発光レーザ 12の発光領域 13の 中心軸とおおむね一致している。平面導波路 51のコア 52の中心軸は、面発光レー ザ 12の発光領域 13の中心軸と ± 1 m以内の精度で一致するようになっている。本 実施例では、配線基板 10を構成する誘電体基材 8をポリマなどのフレキシブルな基 材とすることによって、図示するように屈曲させ、基板 53に平面導波路基板 50と配線 基板 10の基板領域を榭脂 54により固定し、基板領域 22に面発光レーザ 12を駆動 するドライバ IC23をバンプ 24を用いて搭載した構成を有する。
[0071] (第 8の実施例）
図 11は、本発明の第 8の実施例を示し、第 7の実施例とは異なる平面導波路結合 構造と面発光レーザ 12を有する光送信モジュールの断面図である。配線基板 40 ( 厚さ 40 m)は、誘電体基材 38と表面電気配線 39から構成されており、誘電体基材
38はレーザ光に対する透光性を有している。表面電気配線 39には、光導波路のコ ァ 52よりも大きい直径 100 mの開口 42が形成されている。 1. 帯の面発光レ 一ザ 12は、配線基板 40上に、厚さ 20 /z m程度の半田バンプ 14を用いてフリツプチ ップ実装されている。この面発光レーザ 12の発光領域 13は、配線基板 40に対向し ている。配線基板 40の裏面は、平面導波路基板 50に榭脂 15によって固定されてい る。開口 42の中心軸は、面発光レーザ 12の発光領域 13の中心軸とおおむね一致し ている。面発光レーザ 12の発光領域 13の中心軸と、平面導波路 51のコア 52の中心 軸とは、 ± 1 m以内の精度で一致するようになっている。なお、その他の構成につ いては第 7の実施例と同様であるため説明を省略する。
[0072] 図 10, 11に示す平面導波路を含む光モジュールの製造方法の主要部は、図 3の フローチャートに示す光ファイバを含む光モジュールの製造方法と実質的に同一で ある。簡単に説明すると、予め平面導波路基板 50に平面導波路 51を形成しておく。 次に、貫通穴 11, 42が形成された配線基板 10, 40に面発光レーザ 12をバンプ 14 を用いて実装し、平面導波路基板 50に、配線基板 10, 40を榭脂 15を用いて固定 する。このとき、榭脂 15を平面導波路基板 50の表面に塗った後、平面導波路基板 5 0に榭脂塗布面の反対側から観察光として例えば赤外光を照射し、面発光レーザ 12 の裏面側力もその透過光のパターンを、顕微鏡に接続した CCDカメラで観察して、 平面導波路 51の中心軸、すなわち平面導波路 51のコア 52の中心軸と、面発光レー ザ 12の発光領域 13の中心軸とを、面発光レーザ 12の発光領域 13の表面付近にお いて誤差 ± 1 m以内の精度で一致するように配線基板 10, 40を実装する。詳細に は、平面導波路 51のコア 52の中心と、面発光レーザ 12の電極開口の中心とを撮像 画面内で一致させた状態で、配線基板 10, 40を平面導波路基板 50に密着させ、榭 脂 15を加熱硬化させる。この後、配線基板 10, 40に、ドライバ IC23をバンプ 24を介 して取り付けるとともに、配線基板 10, 40および平面導波路基板 50を、榭脂 54によ つて基板 53に固定する。これにより、図 10, 11に示すような構造の光モジュールが 完成する。なお、配線基板 10, 40を平面導波路基板 50に接着する前に、配線基板 10, 40にドライバ IC23をバンプ 24を介して取り付けるようにしてもよ!、。
[0073] このように第 7, 8の実施例によれば、平面導波路を用いる構成であっても、高い光 結合効率が容易に実現できる。しかも、従来の光学素子と平面導波路を光学的に結 合するために必要であった高精度で高価な光学素子キャリアやセラミック基板が不要 となり、平面導波路基板に光学素子を実装する場所も不要となるため、製造コストを 抑制することができる。さら〖こ、高周波特性についても優れた構造になっている。
[0074] 以上説明した第 1一 8の実施例において用いられる光ファイバ 2または平面導波路 51はシングルモード光ファイバまたはシングルモード平面導波路であった力 本発 明はこのような構成に限られず、マルチモード光ファイバまたはマルチモード平面導 波路を用いる構成であってもよい。この場合、光ファイバ 2または平面導波路 51と面 発光レーザ 12との光軸に垂直な面内での相対位置精度は誤差 10 m程度でもよい ので、より簡単に実装することが可能となる。また、面発光レーザ 12の波長帯も限定 されず、様々な波長帯のレーザ光を出力する面発光レーザを用いることができる。さ らに、面発光レーザの代わりに平面状受光素子を備え、レーザドライバ ICの代わりに アンプ ICを有する光受信モジュールにおいても、上述した第 1一 8の実施例と実質的 に同様な構成にすることによって、実質的に同様な作用効果を奏することができる。 すなわち、本発明は光送信モジュールのみに限定されるのではなぐ光受信モジュ ールを含む光モジュール全般を対象とするものである。
[0075] また、第 1一 8の実施例によれば、上述したような効果を有する光モジュールを製造 する上で、光学素子の活性領域と光ファイバや平面導波路との相対的な位置決めに おいて高い精度が得られる。
[0076] さらに、光学素子を実装する配線基板をフレキシブルなものとすると、光ファイバや 平面導波路等の光導波路の光軸と光モジュールの末端となる配線基板とを平行に 保持することができ、光モジュールとして多くの用途に使いやすくなる。特に、ポリマ を基材とするフレキシブルな配線基板は、携帯電話などの用途で広く使われて 、る 非常に安価な配線基板であり、このような基板を用いることによって安価なモジユー ルを実現することができる。配線基板中で曲げられる領域では、マイクロストリップライ ン構成ゃコプレーナライン構成などを用いて高周波特性の劣化を抑制できる。
[0077] また、第 1一第 8の実施例によれば、面発光レーザ等の発光素子を用いる光送信モ ジュールにも、平面状受光素子等の受光素子を用いる光受信モジュールにも適用で き、用いられる光の波長に関しても特に限定されない。このようにして、光送信モジュ 一ルと光受信モジュールとを本発明に基づく構成にして両者の基本構成を同一にす ると、製造コストを低減することが可能となる。

Claims

請求の範囲
[1] 少なくとも一方の面に電気配線が形成され、信号光通過部を有する配線基板と、 前記電気配線が形成された面に活性領域が対向し、かつ、前記活性領域が前記 信号光通過部に対向するように前記配線基板に実装された平面状の光学素子と、 一端が前記光学素子と光学的に結合された光導波路と
を備えたことを特徴とする光モジュール。
[2] 前記光導波路は、光ファイバから構成され、
前記信号光通過部は、前記配線基板の前記光学素子の前記活性領域と対向する 位置に形成された穴カゝら構成され、
前記穴は、前記活性領域の中心軸を中心とする前記光ファイバの外径と同じ直径 の円を含みかつ該円よりも広 、範囲に亘つて形成されており、
前記光ファイバを保持しているフエルールをさらに備え、
前記光ファイバの先端部は、前記フ ルールの端面力 突出して前記穴内に挿入 され、前記活性領域に近接して光学的に結合している
ことを特徴とする請求項 1記載の光モジュール。
[3] 前記光ファイバの先端部は、前記フ ルールの端面から 200 μ m以下の長さだけ 突出している
ことを特徴とする請求項 2記載の光モジュール。
[4] 前記光ファイバの前記先端部と前記光学素子の前記活性領域との間隔は、 100 μ m以内である
ことを特徴とする請求項 2記載の光モジュール。
[5] 前記フエルールがホルダによって保持され、このホルダが前記配線基板に固定さ れることによって前記光ファイバの前記先端部が前記活性領域に対向するように保 持される
ことを特徴とする請求項 2記載の光モジュール。
[6] 前記光導波路は、光ファイバから構成され、
前記配線基板の基材は、前記光学素子において発光または受光される波長の光 に対する透光性を有しており、 前記信号光通過部は、前記電気配線の前記光学素子の前記活性領域と対向する 位置に形成された開口と、前記配線基板の基材とから構成され、
前記開口は、前記活性領域の中心軸を中心とする前記光ファイバのコアの外径と 同じ直径の円を含みかつ該円よりも広い範囲に亘つて形成されており、
前記光ファイバの前記先端部と前記光学素子の前記活性領域とが光学的に結合 して 、る ことを特徴とする請求項 1記載の光モジュール。
[7] 前記光ファイバの前記先端部と前記光学素子の前記活性領域との間隔は、 100 μ m以内である
ことを特徴とする請求項 6記載の光モジュール。
[8] 前記フエルールがホルダによって保持され、このホルダが前記配線基板に対して固 定されることによって前記光ファイバの前記先端部が前記活性領域に対向するように 保持される
ことを特徴とする請求項 6記載の光モジュール。
[9] 前記光導波路は、平面導波路基板に形成された平面導波路から構成され、
前記信号光通過部は、前記配線基板の前記光学素子の前記活性領域と対向する 位置に形成された穴カゝら構成され、
前記穴は、前記活性領域の中心軸を中心とする前記平面導波路のコアよりも広い 範囲に亘つて形成されており、
前記平面導波路基板の前記平面導波路端部と前記光学素子の前記活性領域とが 光学的に結合している
ことを特徴とする請求項 1記載の光モジュール。
[10] 前記光導波路は、平面導波路基板に形成された平面導波路から構成され、
前記配線基板の基材は、前記光学素子において発光または受光される波長の光 に対する透光性を有しており、
前記信号光通過部は、前記電気配線の前記光学素子の前記活性領域と対向する 位置に形成された開口と、前記配線基板の基材とから構成され、
前記開口は、前記活性領域の中心軸を中心とする前記平面導波路のコアよりも広 い範囲に亘つて形成されており、 前記平面導波路基板の前記平面導波路端部と前記光学素子の前記活性領域とが 光学的に結合している
ことを特徴とする請求項 1記載の光モジュール。
[11] 前記配線基板は、ポリマなどのフレキシブルな誘電体を基材として形成されて 、る ことを特徴とする請求項 1記載の光モジュール。
[12] 前記配線基板は、前記光学素子が実装されている部分以外の個所で曲げられて おり、該配線基板の一部の表面が前記光導波路の光軸と実質的に平行になってい る
ことを特徴とする請求項 11記載の光モジュール。
[13] 前記配線基板の末端部の表面が前記光導波路の光軸と実質的に平行になってい る
ことを特徴とする請求項 12記載の光モジュール。
[14] 少なくとも前記配線基板の曲げられている個所では、前記電気配線のうち高周波 信号を伝送する配線がコプレーナラインまたはマイクロストリップラインを構成している ことを特徴とする請求項 12記載の光モジュール。
[15] 前記コプレーナラインまたはマイクロストリップラインが前記誘電体を挟んで他の前 記電気配線と対向している
ことを特徴とする請求項 14に記載の光モジュール。
[16] 前記光学素子は面発光レーザであり、
前記活性領域は発光領域であり、
前記光モジュールは光送信モジュールである
ことを特徴とする請求項 1記載の光モジュール。
[17] 前記光学素子は平面状受光素子であり、
前記活性領域は受光領域であり、
前記光モジュールは光受信モジュールである
ことを特徴とする請求項 1記載の光モジュール。
[18] 少なくとも光導波路と平面状の光学素子とを有する光モジュールの前記光導波路 の前記光学素子とは反対側の端部に、前記光学素子を透過する波長の観測光を照 射する照射ステップと、
前記光学素子を透過した前記観測光を用いて、前記光導波路の光軸に垂直な面 内にお 1、て前記光導波路と前記光学素子の相対位置を調整する調整ステップと を備えること特徴とする光モジュールの製造方法。
[19] 前記光学素子は面発光レーザであり、
前記光モジュールは光送信モジュールである
ことを特徴とする請求項 18記載の光モジュールの製造方法。
[20] 前記光学素子は平面状受光素子であり、
前記光モジュールは光受信モジュールである
ことを特徴とする請求項 18記載の光モジュールの製造方法。
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