WO2011105078A1 - 光モジュール - Google Patents

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WO2011105078A1
WO2011105078A1 PCT/JP2011/001039 JP2011001039W WO2011105078A1 WO 2011105078 A1 WO2011105078 A1 WO 2011105078A1 JP 2011001039 W JP2011001039 W JP 2011001039W WO 2011105078 A1 WO2011105078 A1 WO 2011105078A1
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groove
optical
fiber
optical fiber
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PCT/JP2011/001039
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忠寛 山路
信行 朝日
博之 柳生
豊 衣笠
卓也 松本
努武 新保
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パナソニック電工株式会社
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Priority to EP11747047.6A priority patent/EP2541295B1/en
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Definitions

  • the present invention relates to an optical module that transmits or receives an optical signal.
  • an optical module described in Patent Document 1 As a conventional optical module, an optical module described in Patent Document 1 is known.
  • this optical module as shown in FIG. 18, two V grooves 31 and 32 having different shapes are formed on a substrate 30.
  • a clad portion 33b of an optical fiber 33 is fixed.
  • the clad portion 33b is positioned by the rising slope portion 36 at the boundary portion between the V grooves 31 and 32.
  • a mirror (reflection surface) 34 is formed at the tip of the other V-groove 32.
  • the mirror 34 changes the optical axis of the core portion 33 a of the optical fiber 33.
  • the light receiving element 35 mounted on the substrate 30 receives an optical signal from the optical fiber 33.
  • the distance from the tip 33c of the core 33a of the optical fiber 33 to the mirror 34 is long. For this reason, the luminous flux emitted from the core portion 33a spreads, and there is a problem that the optical coupling efficiency is lowered.
  • An object of the present invention is to provide an optical module in which the optical coupling efficiency is improved regardless of whether the optical signal from the optical fiber is received by the light receiving element or the optical signal from the light emitting element is received by the optical fiber. is there.
  • the present invention provides a substrate in which at least one first groove and a second groove having a substantially V-shaped cross section deeper than the first groove are continuously formed on the surface.
  • An internal waveguide provided in the first groove of the substrate, an optical path conversion mirror provided at the tip of the first groove, and a surface of the substrate so as to face the mirror And an optical element that emits an optical signal to the core part of the internal waveguide through the mirror part or receives an optical signal from the core part of the internal waveguide through the mirror part.
  • An optical module comprising an optical fiber having a fiber clad portion installed in the second groove and a fiber core portion optically connected to the core portion of the internal waveguide is provided. is there.
  • the core part of the internal waveguide has a width of both side surfaces of the core part from the mirror part toward a connection end part of the optical fiber with the fiber core part. It can be set as the structure which has the slope which becomes thin gradually.
  • the core part of the internal waveguide has a width of both side surfaces of the core part from the connection end part of the optical fiber to the fiber core part toward the mirror part. It can be set as the structure which has the slope which becomes thin gradually.
  • the width of the core portion of the internal waveguide can be configured to be narrower than the width of the upper end of the first groove.
  • the width is substantially the same as the width of the fiber core portion. it can.
  • the first groove may have a substantially trapezoidal cross section, and the bottom surface of the first groove may be wider than the core portion of the internal waveguide.
  • a third groove having a substantially V-shaped cross-section deeper than the second groove is formed on the surface of the substrate continuously to the second groove, and an optical fiber coating portion is formed in the third groove. It can be set as the structure installed.
  • the substrate may be installed on another substrate having a size larger than that of the substrate, and the optical fiber coating may be fixed to the separate substrate.
  • a third groove having a substantially V-shaped cross section deeper than the second groove is formed on the surface of the substrate continuously to the second groove, and the third groove is covered with an optical fiber.
  • the optical fiber can be installed on another substrate having a size larger than that of the substrate, and the coating portion of the optical fiber can be fixed to the other substrate.
  • the substrate is installed on another substrate having a size larger than that of the substrate, a covering is fixed to the outer periphery of the coating portion of the optical fiber, and the covering of the optical fiber is fixed on the separate substrate. be able to.
  • Each of the plurality of first grooves may be separated from each other and disposed on the substrate.
  • an internal waveguide having a core portion is provided in the first groove of the substrate, and the fiber core portion of the optical fiber installed in the second groove of the substrate is optically connected to the core portion of the internal waveguide.
  • the optical element is a light emitting element
  • an optical signal is emitted to the core part of the internal waveguide via the mirror part.
  • the optical element is a light receiving element
  • the optical element is output from the core part of the internal waveguide via the mirror part. The optical signal is received.
  • both of the light flux emitted from the light emitting element and the light flux emitted from the fiber core portion of the optical fiber Does not spread. Accordingly, optical signal transmission loss between the tip of the fiber core portion of the optical fiber and the mirror portion is almost eliminated, and the optical coupling efficiency is improved.
  • FIG. 1 is a schematic side view of an optical module according to an embodiment of the present invention.
  • 2A and 2B are views showing a first substrate of the light emitting side optical module of FIG. 1, in which FIG. 2A is a side cross-sectional view, FIG. 2B is a cross-sectional view taken along a line II in FIG. c) is a sectional view taken along line II-II in FIG.
  • FIG. 3A is a perspective view showing a first substrate, and FIG. 3B is a perspective view in which an internal waveguide is formed.
  • 4A and 4B are diagrams illustrating a first substrate, in which FIG. 4A is a perspective view in which a light emitting element is mounted, and FIG. 4B is a perspective view in which an optical fiber is inserted.
  • FIG. 4A is a perspective view in which a light emitting element is mounted
  • FIG. 4B is a perspective view in which an optical fiber is inserted.
  • FIG. 4A is a perspective view in which a
  • FIG. 5A is a perspective view in which the holding block is fixed to the first substrate
  • FIG. 5B is a perspective view of the optical fiber.
  • Fig.7 (a) is a perspective view
  • FIG.7 (b) is front sectional drawing.
  • Fig.9 (a) is a perspective view
  • FIG.9 (b) is side sectional drawing.
  • FIG.10 (a) is a top view
  • FIG.10 (b) is front sectional drawing of Fig.10 (a)
  • FIG.10 (c) is a top view of another modification, respectively.
  • Fig.11 (a) is a top view
  • FIG.11 (b) is front sectional drawing of Fig.11 (a)
  • FIG.11 (c) is a top view of another modification, respectively.
  • FIG. 1 is a schematic side view of an optical module according to the present invention.
  • 2A to 2C are views showing the first substrate 1 of the light-emitting side optical module of FIG. 1, FIG. 2A being a side sectional view, and FIG. 2B being FIG.
  • FIG. 2C is a cross-sectional view taken along the line II-II of FIG. 2A.
  • 3A and 3B are views showing the first substrate 1, FIG. 3A is a perspective view, and FIG. 3B is a perspective view in which an internal waveguide is formed.
  • 4A and 4B are views showing the first substrate 1, FIG. 4A is a perspective view in which the light emitting element 12a is mounted, and FIG. 4B is a perspective view in which the optical fiber 2 is inserted.
  • FIG. 5 is a perspective view in which the holding block 24 is fixed.
  • an optical module includes a first substrate (mount substrate) 1 that is a substrate on the light emitting side, a first substrate (mount substrate) 3 that is a substrate on the light receiving side, and the first substrates 1 and 3 optically. And an optical fiber 2 coupled to the optical fiber.
  • the vertical direction (the direction of arrow Y) in FIG. 1 is the vertical direction (height direction)
  • the direction orthogonal to the paper surface is the left-right direction (width direction), the left side in FIG. It is called the back.
  • the first substrates 1 and 3 need to be rigid.
  • an efficiency of a predetermined ratio or more is required for the optical transmission from the light emitting element to the light receiving element, so that the optical element can be mounted with high accuracy and position fluctuation during use can be minimized.
  • a silicon (Si) substrate is employed as the first substrates 1 and 3 in this embodiment.
  • the first substrates 1 and 3 are silicon substrates
  • the first substrates 1 and 3 can be etched on the surface with high precision using the crystal orientation of silicon. Using this groove, it is possible to form a highly accurate mirror portion 15 (described later).
  • An internal waveguide 16 (described later) can be formed inside the groove. Moreover, the flatness of the silicon substrate is good.
  • the first substrates 1 and 3 are respectively installed on the surface (upper surface) of a second substrate (another substrate, for example, an interposer substrate) 6 having a larger size.
  • Connectors 7 for electrically connecting to other circuit devices are respectively attached to the back surface (lower surface) of each second substrate 6.
  • a light emitting element 12a that converts an electrical signal into an optical signal is mounted with bumps 12c (see FIG. 2) with the light emitting surface facing downward.
  • An IC substrate (signal processing unit) 4a on which an IC circuit for transmitting an electrical signal to the light emitting element 12a is formed is mounted on the surface of the second substrate 6.
  • a surface emitting laser (VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser)) that is a semiconductor laser is employed as the light emitting element 12a.
  • the light emitting element 12a may be an LED or the like.
  • the IC substrate 4a is a driver IC that drives the VCSEL, and is disposed in the vicinity of the light emitting element 12a.
  • the light emitting element 12 a and the IC substrate 4 a are connected to a wiring pattern formed on the surface of the first substrate 1 and the surface of the second substrate 6.
  • the surface of the first substrate 1 has a first groove (waveguide forming groove) 1a having a substantially trapezoidal cross-section and a cross-sectional shape deeper than the first groove 1a.
  • a V-shaped second groove 1b is formed continuously in the front-rear direction.
  • an optical path changing mirror 15 for bending the optical path by 90 degrees is formed at a position directly below the light emitting element 12a.
  • an internal waveguide 16 that is optically coupled to the light emitting element 12a of the first substrate 1 is provided.
  • the internal waveguide 16 extends from the mirror portion 15 in the direction of the second groove 1b, and is slightly retracted from the rear end portion 1d of the first groove 1a to the mirror portion 15 side.
  • the internal waveguide 16 includes a core portion 17 having a substantially square cross section with a high refractive index through which light propagates, and a cladding portion 18 having a refractive index lower than that.
  • the left and right surfaces (both side surfaces) of the core portion 17 are covered with the cladding portion 18.
  • the upper surface of the core portion 17 is also thinly covered with the cladding portion 18.
  • a light emitting element 12a is mounted at a predetermined position on the surface of the first substrate 1 on which the internal waveguide 16 is provided.
  • the space between the light emitting element 12a and the core portion 17 is filled with an adhesive optical transparent resin 13 as shown in FIG.
  • the basic structure of the first substrate 3 on the light receiving side is the same as that of the first substrate 1 on the light emitting side.
  • a light receiving element 12b that converts an optical signal into an electrical signal is mounted on the surface (upper surface) of the first substrate 3 on the light receiving side with bumps with the light receiving surface facing downward.
  • an IC substrate (signal processing unit) 4b on which an IC circuit for transmitting an electric signal to the light receiving element 12b is formed is mounted on the surface of the second substrate 6.
  • a PD is adopted, and the IC substrate 4b is an element such as a TIA (Trans-impedance Amplifier) that performs current / voltage conversion.
  • TIA Trans-impedance Amplifier
  • the first substrate 1 on the light emitting side, the first substrate 3 on the light receiving side, and the IC substrates 4a and 4b are respectively shielded by a shield case 8 attached to the surface of the second substrate 6.
  • the optical fiber 2 passes through the through hole 8 a of the shield case 8.
  • the optical fiber 2 optically connects the core portion 17 of the internal waveguide 16 of the first substrate 1 on the light emitting side and the core portion 17 of the internal waveguide 16 of the first substrate 3 on the light receiving side. It has a fiber core portion 21 that can be connected to the inside.
  • the optical fiber 2 is a cord type that includes a fiber core portion 21, a fiber cladding portion 22 that surrounds the outer periphery of the fiber core portion 21, and a covering portion 23 that covers the outer periphery of the fiber cladding portion 22.
  • the fiber core portion 21, the fiber clad portion 22, and the covering portion 23 are arranged concentrically, and the optical fiber 2 constituted by these has a circular cross section.
  • the optical fiber 2 passes through the through hole 8 a of the shield case 8, and the covering portion 23 is peeled off near the second groove 1 b of the first substrate 1. Therefore, the fiber clad portion 22 is exposed in the peeled portion.
  • a fiber cladding portion 22 of the optical fiber 2 is installed in the second groove 1b of the first substrate 1, and the boundary with the first groove 1a.
  • the fiber clad part 22 is positioned by the rising slope part.
  • optical coupling is performed in a positioning state in which the optical axes of the core portion 17 of the internal waveguide 16 of the first substrate 1 and the fiber core portion 21 of the optical fiber 2 coincide.
  • the gap between the end face of the core portion 17 of the internal waveguide 16 of the first substrate 1 and the end face of the fiber core portion 21 of the optical fiber 2 is in the range of 0 to 200 ⁇ m.
  • the preferred range depends on the size of the cores 17 and 21, but in general, the gap is preferably 0 to 60 ⁇ m.
  • a holding block 24 is disposed on the upper portion of the fiber cladding portion 22 of the optical fiber 2.
  • the space between the presser block 24 and the second groove 1b is filled with the adhesive 14.
  • the portion of the optical fiber 2 on the distal end side of the fiber clad portion 22 is pressed against the second groove 1b by the press block 24.
  • This tip side portion is bonded and fixed to the first substrate 1 together with the pressing block 24 by the adhesive 14.
  • the internal waveguide 16 including the core portion 17 and the clad portion 18 is provided in the first groove 1 a of the first substrate 1. Further, the fiber core portion 21 of the optical fiber 2 installed in the second groove 1 b of the first substrate 1 is optically connected to the core portion 17 of the internal waveguide 16. Then, in the first substrate 1 on the light emitting side in which the optical element is the light emitting element 12a, an optical signal is emitted to the core part 17 of the internal waveguide 16 through the mirror part 15, and the light receiving side in which the optical element is the light receiving element 12b. In the first substrate 3, the optical signal from the core portion 17 of the internal waveguide 16 is received via the mirror portion 15.
  • the internal waveguide 16 is interposed between the tip of the fiber core portion 21 of the optical fiber 2 and the mirror portion 15, the light flux emitted from the light emitting element 12 a and the fiber core portion 21 of the optical fiber 2. None of the emitted light beam spreads. Therefore, the optical signal transmission loss between the tip of the fiber core portion 21 of the optical fiber 2 and the mirror portion 15 is almost eliminated, and the optical coupling efficiency is improved.
  • the core portion 17 of the internal waveguide 16 is formed when the core portion 17 is formed, as shown in FIG.
  • patterning photocuring
  • unnecessary reflection on the bottom surface is eliminated. Therefore, in this case, a highly accurate core shape can be obtained.
  • the first groove 1a which is a waveguide forming groove of the first substrate 1
  • the core portion 17 has a substantially square cross section.
  • the left and right surfaces of the core portion 17 are covered with the clad portion 18.
  • the internal waveguide 16 is not limited to this type.
  • the first groove 1a of the first substrate 1 has a substantially V-shaped cross section that is shallower than the second groove 1b.
  • the part 17 may be formed in a substantially pentagonal cross-sectional shape adapted to the first groove 1 a, and both the left and right sides of the core part 17 may be covered with the clad part 18.
  • the core portion 17 having a substantially inverted triangular cross section may be formed by filling the entire first groove 1a in which the silicon oxide film (corresponding to the clad portion 18) 40 is filled with the core resin.
  • the light beam from the light emitting element 12a spreads in the width direction at the core portion 17, and a part of the light beam is an optical fiber. There is a possibility that the second fiber core portion 21 may not be reached.
  • the width W1 of the core portion 17 does not necessarily have to be substantially the same as the width W2 of the fiber core portion 21, and may be narrower than the width W3 of the upper end of the first groove 1a. These are the same even when the core portion 17 has a substantially square cross section as shown in FIG.
  • the core portion 17 of the internal waveguide 16 is a fiber core of the optical fiber 2 from the mirror portion 15 in the first substrate 1 on the light emitting side whose optical element is the light emitting element 12a. It can be formed in a slope shape such that the width W of both side surfaces 17a gradually decreases linearly toward the connection end with the portion 21. Further, the both side surfaces 17a can be formed in a stepped straight slope shape as shown in FIG. 10C or a curved slope shape as shown in FIG. 10D.
  • the core portion 17 of the internal waveguide 16 is the fiber core portion of the optical fiber 2 as shown in FIGS. 21 can be formed in a slope shape such that the width W of both side surfaces 17a gradually decreases linearly from the connecting end portion 21 toward the mirror portion 15.
  • the both side surfaces 17a can be formed in a stepped straight slope shape as shown in FIG. 11C or a curved slope shape as shown in FIG.
  • the core portion 17 of the internal waveguide 16 is tapered (that is, the shape becomes narrower toward the front), and is emitted from the light emitting element 12a.
  • the luminous flux is converged.
  • the core part 17 of the internal waveguide 16 is narrowed backward (that is, a shape that becomes narrower toward the rear) to be emitted from the fiber core part 21 of the optical fiber 2. Converged light flux. Accordingly, in any case, the optical coupling efficiency is further improved.
  • a third groove 1c having a substantially V-shaped cross section deeper than the second groove 1b is formed continuously with the second groove 1b. Is formed.
  • the covering portion 23 of the optical fiber 2 can be installed in the third groove 1c.
  • the covering portion 23 of the optical fiber 2 can also be installed in the third groove 1c of the first substrate 1, the stress from the optical fiber 2 is concentrated on the boundary portion with the covering portion 23 of the fiber cladding portion 22. Can be prevented.
  • the covering part 23 is bonded and fixed to the third groove 1c with an adhesive, the fixing strength of the optical fiber 2 is improved. Even if a bending force or a pulling force is applied to the optical fiber 2 from the outside of the module, the optical coupling efficiency with the internal waveguide 16 is not affected, so that the optical coupling efficiency does not decrease.
  • the adhesive 20 is built up on the surface of the second substrate 6 (that is, provided so as to protrude upward).
  • the covering portion 23 of the optical fiber 2 can be fixed to the second substrate 6.
  • the fixing strength of the optical fiber 2 is improved. Further, even if a bending force or a pulling force acts on the optical fiber 2 from the outside of the module, the optical coupling efficiency with the internal waveguide 16 is not affected, so that the optical coupling efficiency does not decrease. Furthermore, if a structure in which the covering portion 23 of the optical fiber 2 is installed and fixed in the third groove 1c of the first substrate 1 is used in combination, the fixing strength is further improved.
  • the covering portion 23 and the covering body 25 of the optical fiber 2 are fixed to the second substrate 6 with the adhesive 20. can do.
  • the covering 25 is set to have an outer diameter capable of maintaining the optical fiber 2 in parallel with the substrates 1 and 6. Note that the covering 25 is not limited to the one fitted into the covering 23 as long as it covers the outer periphery of the covering 23.
  • the covering portion 23 is a layer having a thickness of about 5 to 10 ⁇ m formed of, for example, a UV curable resin, and the covering body 25 is made of, for example, PVC, nylon, or a thermoplastic polyester elastomer (for example, Hytrel (registered trademark)).
  • the single core is formed with an outer diameter of about 900 microns.
  • the covering 25 can be installed on the second substrate 6 and fixed to the second substrate 6 together with the covering portion 23 of the optical fiber 2.
  • the fixing strength of the optical fiber 2 is improved.
  • the optical coupling efficiency with the internal waveguide 16 is not affected, so that the optical coupling efficiency does not decrease.
  • the fixing strength is further improved.
  • the bending of the optical fiber 2 due to its own weight can be suppressed by the thickness of the covering 25, and the optical fiber 2 can be fixed in parallel to the substrates 1 and 6.
  • the covering 25 is a short type (for example, 20 to 40 mm) that fits into the covering portion 23 at the front and rear portions of the through hole 8a in order to protect against bending of the covering portion 23 of the optical fiber 2 that goes out from the through hole 8a of the shield case 8. Length). Moreover, the covering 25 has a long type that covers the entire length of the covering 23 that connects the modules in order to protect the entire strength of the optical fiber 2 and to cope with flame retardancy.
  • the first groove 1a and the second groove 1b can be formed by anisotropic etching of silicon. According to this, groove processing utilizing the crystal orientation of silicon is possible, the first groove 1a can form a highly accurate mirror shape, and the second groove 1b can reduce misalignment of the installation of the optical fiber 2. Can do.
  • a photosensitive resin can be used as the material of the internal waveguide 16. According to this, compared with the inorganic internal waveguide formed repeatedly by ion doping or deposition, it is cheap and easy to form.
  • a silicon oxide film can be formed on the surface of the first substrate 1 including the inside of the first groove 1a, so that the refractive index of the core portion 17 of the internal waveguide 16 can be made larger than that of the silicon oxide film. According to this, the internal waveguide 16 can be easily formed by filling the first groove 1 a with the material that becomes the core portion 17 of the internal waveguide 16.
  • FIG. 14 (b) a plurality of first grooves 1a and a plurality of second grooves 1b are formed, and a plurality of first grooves 1a are arranged in parallel and a plurality of second grooves. You may make it arrange
  • a plurality of first grooves having a substantially trapezoidal cross section are formed on the surface of the first substrate 1 as shown in FIG. Waveguide-forming grooves) 1 a are arranged in parallel in a state where they are separated from each other by the material of the first substrate 1.
  • a plurality of second grooves 1b having a substantially V-shaped cross section deeper than the first groove 1a are formed on the surface of the first substrate 1 continuously from the end of each first groove 1a in the front-rear direction. Has been.
  • an optical path changing mirror 15 is formed at the tip of each first groove 1a.
  • an internal waveguide 16 that optically couples with the light emitting element 12a corresponding to each first groove 1a is provided inside each first groove 1a.
  • the internal waveguide 16 includes a core portion 17 having a substantially square cross section with a high refractive index through which light propagates, and a cladding portion 18 having a refractive index lower than that. As shown in FIG. 14B, the left and right surfaces (both side surfaces) of the core portion 17 are covered with the cladding portion 18. Further, the clad portion 18 is thinly covered on the upper surface of the core portion 17.
  • each of the first grooves 1a is formed. It is possible to suppress leakage (crosstalk) of the optical signal passing through to the adjacent first groove 1a.
  • the interval P between the core portions 17 of the adjacent internal waveguides 16 is not particularly limited in the present invention, and can be arbitrarily set.
  • the interval P between the core portions 17 may be set to about 250 ⁇ m.
  • the size of the second groove 1b is not particularly limited in the present invention. Considering that the outer diameter of the most commonly used thin optical fiber is 125 ⁇ m, the size of the second groove 1 b is the size corresponding to the optical fiber having the outer diameter of the cladding portion 22 of about 125 ⁇ m. It may be set. In order to suppress crosstalk, it is desirable to separate the second groove 1b from the adjacent second groove 1b as shown in FIG.
  • the entire surface of the substrate 1 that is, the surface of the first groove 1a and the shielding.
  • An oxide film layer 34 is formed on the entire surface of the portion 30.
  • the shielding part 30 is a part that protrudes upward between the first grooves 1a in the substrate 1 and shields the scattered component a of the reflected light of the mirror part 15 between the first grooves 1a from leaking.
  • the oxide film layer 34 can reflect the optical signal so as not to leak out of the first groove 1a, and can also suppress the leakage of the scattered component a of the reflected light from the mirror unit 15. According to this configuration, since the oxide film layer 34 becomes a reflection layer that reflects an optical signal, leakage (crosstalk) of the optical signal can be further suppressed. Strictly speaking, an optical signal composed of infrared light or the like has a property of passing through the substrate 1 composed of silicon while being attenuated, but the optical signal is reflected by the oxide film layer 34 as described above. As a result, the crosstalk suppression effect can be improved.
  • the optical module shown in FIG. 16 includes a shielding portion protruding upward in the structure in which the oxide film layer 34 is formed on the surface of the substrate 1 as shown in FIG.
  • the removal portion 32 is formed by partially removing the oxide film layer 34 on the surface of 30.
  • the light absorber 35 along the shielding part 30 is arranged on the surface of the shielding part 30 protruding upward from the first substrate 1.
  • the light absorber 35 for example, opaque acrylic or epoxy resin is used. According to this configuration, when the leaked light d that is multiple-reflected between the optical element 11 having the light emitting part 12a and the clad part 18 is generated, the leaked light d is absorbed by the light absorber 35 and the light leakage is prevented. Can be blocked.
  • the optical element 11 is not limited to an integrated array, and the light emitting element 12a may be separated, or the light emitting element 12a and the light receiving element 12b may be mounted together.
  • the plurality of mirror portions 15 are not necessarily arranged on the same line.
  • the length of the first groove 1a and the internal waveguide 16 is different from that of the adjacent channel, and the mirror portion 15 and the light emitting element 12a or 12b are arranged. By arranging them offset, the crosstalk suppression effect can be further improved.
  • At least one first groove and a second groove having a substantially V-shaped cross section deeper than the first groove are continuously formed on the surface.
  • an optical fiber having a fiber core portion optically connected to the clad portion and the core portion of the internal waveguide.
  • an internal waveguide having a core portion is provided in the first groove of the substrate, and the fiber core portion of the optical fiber installed in the second groove of the substrate is optically connected to the core portion of the internal waveguide. ing.
  • the optical element is a light emitting element
  • an optical signal is emitted to the core part of the internal waveguide via the mirror part.
  • the optical element is a light receiving element
  • the optical element is output from the core part of the internal waveguide via the mirror part. The optical signal is received.
  • both of the light flux emitted from the light emitting element and the light flux emitted from the fiber core portion of the optical fiber Does not spread. Therefore, the optical signal propagation loss between the tip of the fiber core portion of the optical fiber and the mirror portion is almost eliminated in any direction, so that the optical coupling efficiency is improved.
  • the core portion of the internal waveguide gradually narrows on both side surfaces of the core portion from the mirror portion toward the connection end with the fiber core portion of the optical fiber when the optical element is a light emitting element. It can be set as the structure which has such a slope.
  • the optical element is a light emitting element
  • the light beam emitted from the light emitting element is converged by tapering the core portion of the internal waveguide. Therefore, the optical coupling efficiency is further improved.
  • the width of the both side surfaces of the core part gradually decreases from the connecting end part to the fiber core part of the optical fiber toward the mirror part. It can be set as the structure which has such a slope.
  • the optical element is a light receiving element
  • the light beam emitted from the fiber core part of the optical fiber is converged by making the core part of the internal waveguide narrower. Therefore, the optical coupling efficiency is further improved.
  • the width of the core portion of the internal waveguide may be narrower than the width of the upper end of the first groove.
  • the width of the core portion of the internal waveguide is the same as the width of the upper end of the first groove, the light beam from the optical element spreads in the width direction at the core portion, and a part of the light beam is an optical fiber. There is a risk that it will not reach the fiber core. Therefore, the width of the core portion is narrower than the width of the upper end of the first groove, preferably approximately the same width as the width of the fiber core portion, so that almost all of the light beam can reach the fiber core portion of the optical fiber. As a result, the optical coupling efficiency is improved.
  • the first groove may have a substantially trapezoidal cross section, and the bottom surface of the first groove may be wider than the core portion of the internal waveguide.
  • the bottom surface of the first groove is made wider than the core portion of the internal waveguide, it is unnecessary at the bottom surface when patterning (photocuring) the core portion of the internal waveguide when forming the core portion. Therefore, a highly accurate core shape can be obtained.
  • the V groove is as shown in Patent Document 1, there is a concern that the light is reflected and the patterning accuracy is significantly lowered.
  • a third groove having a substantially V-shaped cross section deeper than the second groove is formed on the surface of the substrate, and an optical fiber covering portion is provided in the third groove. Can be configured.
  • the coated portion of the optical fiber can also be installed in the third groove of the first substrate, it is possible to prevent the stress from the optical fiber from concentrating on the boundary portion with the coated portion of the fiber clad portion.
  • the substrate may be installed on another substrate having a size larger than that of the substrate, and the coating portion of the optical fiber may be fixed to the other substrate.
  • the coating portion of the optical fiber can be installed and fixed on another substrate, the fixing strength of the optical fiber is improved. Also, even if bending force or tensile force acts on the optical fiber from the outside of the module, the optical coupling efficiency with the internal waveguide is not lowered because the optical coupling portion with the internal waveguide is not affected.
  • the substrate is installed on another substrate having a size larger than that of the substrate, a covering body is fixed to the outer periphery of the coating portion of the optical fiber, and the covering body is fixed to the separate substrate. be able to.
  • the covering can be installed and fixed on another substrate, the fixing strength of the optical fiber is improved. Also, even if bending force or tensile force acts on the optical fiber from the outside of the module, the optical coupling efficiency with the internal waveguide is not lowered because the optical coupling portion with the internal waveguide is not affected.
  • the optical fiber can be fixed in parallel to each substrate by suppressing the deflection due to the weight of the optical fiber by the thickness of the covering. As a result, stress is hardly generated in the optical coupling portion with the internal waveguide, so that the optical coupling efficiency is not easily lowered.
  • each of the plurality of first grooves may be separated from each other and disposed on the substrate.

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Abstract

　光ファイバーからの光信号を受光素子で受ける構成、および発光素子からの光信号を光ファイバーで受ける構成のいずれであっても、光結合効率が向上する光モジュールを提供する。光モジュールは、表面において、第１溝（１ａ）と前記第１溝（１ａ）よりも深い断面形状が略Ｖ字形状の第２溝（１ｂ）とが連続して形成された基板（１）と、前記基板（１）の第１溝（１ａ）内に設けられた内部導波路（１６）とを備えている。また、光モジュールは、第１溝（１ａ）の先端部に設けられた光路変換用のミラー部（１５）と、前記ミラー部（１５）と対向するように基板（１）の表面に実装され、ミラー部（１５）を介して内部導波路（１６）のコア部（１７）に光信号を出射する発光素子（１２ａ）とを備えている。さらに、光モジュールは、第２溝（１ｂ）内にファイバークラッド部（２２）が設置され、内部導波路（１６）のコア部（１７）と光学的に接続されるファイバーコア部（２１）を有する光ファイバー（２）を備えている。

Description

光モジュール
　本発明は、光信号を送信あるいは受信する光モジュールに関する。
　従来の光モジュールとしては、特許文献１に記載されている光モジュールが知られている。この光モジュールでは、図１８に示すように、基板３０に形状の異なる２つのＶ溝３１，３２が形成されている。一方のＶ溝３１には、光ファイバー３３のクラッド部３３ｂが固定されている。クラッド部３３ｂは、Ｖ溝３１，３２の境部分の立ち上がり傾斜部３６によって位置決めされている。他方のＶ溝３２の先端には、ミラー（反射面）３４が形成されている。このミラー３４によって、光ファイバー３３のコア部３３ａの光軸が変えられる。そして、基板３０に実装される受光素子３５は、光ファイバー３３からの光信号を受光する。
特開平９－５４２２８号
　しかしながら、上記の光モジュールでは、光ファイバー３３のコア部３３ａの先端３３ｃからミラー３４までの距離が長い。そのため、コア部３３ａから出射された光束が広がるので、光結合効率が低下するという問題があった。
　本発明は、前記問題を解消するためになされたものである。本発明の目的は、光ファイバーからの光信号を受光素子で受ける構成、および発光素子からの光信号を光ファイバーで受ける構成のいずれであっても、光結合効率が向上する光モジュールを提供することである。
　前記課題を解決するために、本発明は、表面において、少なくとも１本の第１溝と前記第１溝よりも深い断面形状が略Ｖ字形状の第２溝とが連続して形成された基板と、前記基板の前記第１溝内に設けられた内部導波路と、前記第１溝の先端部に設けられた光路変換用のミラー部と、前記ミラー部と対向するように前記基板の表面に実装され、前記ミラー部を介して前記内部導波路の前記コア部に光信号を出射し、若しくは前記ミラー部を介して前記内部導波路の前記コア部からの光信号を受光する光素子と、前記第２溝内に設置されたファイバークラッド部および前記内部導波路の前記コア部と光学的に接続されるファイバーコア部を有する光ファイバーを備えたことを特徴とする光モジュールを提供するものである。
　前記内部導波路の前記コア部は、前記光素子が発光素子である場合において、前記ミラー部から前記光ファイバーの前記ファイバーコア部との接続端部に向かって、前記コア部の両側面の幅が徐々に細くなるような斜面を有する構成とすることができる。
　前記内部導波路の前記コア部は、前記光素子が受光素子である場合において、前記光ファイバーの前記ファイバーコア部との接続端部から前記ミラー部に向かって、前記コア部の両側面の幅が徐々に細くなるような斜面を有する構成とすることができる。
　前記内部導波路の前記コア部の幅は、前記第１溝の上端の幅よりも狭い構成とすることができ、好ましくは、前記ファイバーコア部の幅と略同幅である構成とすることができる。
　前記第１溝は断面形状が略台形状であり、前記第１溝の底面は前記内部導波路の前記コア部よりも幅が広い構成とすることができる。
　前記基板の前記表面に、前記第２溝に連続して、前記第２溝よりも深い断面形状が略Ｖ字形状の第３溝が形成され、前記第３溝には、光ファイバーの被覆部が設置される構成とすることができる。
　前記基板は、前記基板よりもサイズが大きい別基板に設置され、前記別基板に、前記光ファイバーの被覆部が固定されている構成とすることができる。
　また、前記基板の前記表面に、前記第２溝に連続して、前記第２溝よりも深い断面形状が略Ｖ字形状の第３溝が形成され、前記第３溝には、光ファイバーの被覆部が設置される構成において、前記基板よりもサイズが大きい別基板に設置され、前記別基板に、前記光ファイバーの前記被覆部が固定されている構成とすることができる。
　前記基板は、前記基板よりもサイズが大きい別基板に設置され、前記光ファイバーの被覆部の外周に被覆体が固定されて、前記別基板に、前記光ファイバーの被覆体が固定されている構成とすることができる。
　複数の前記第１溝の各々は、互いに分離して前記基板に配置されている構成とすることができる。
　本発明によれば、基板の第１溝にコア部を有する内部導波路を設け、基板の第２溝内に設置した光ファイバーのファイバーコア部を内部導波路のコア部と光学的に接続するようにしている。そして、光素子が発光素子である場合においてミラー部を介して内部導波路のコア部に光信号を出射し、光素子が受光素子である場合においてミラー部を介して内部導波路のコア部からの光信号を受光するようになる。
　このように、光ファイバーのファイバーコア部の先端とミラー部との間に内部導波路を介在させているから、発光素子から出射された光束、および光ファイバーのファイバーコア部から出射された光束のいずれも広がらない。したがって、光ファイバーのファイバーコア部の先端とミラー部との間の光信号の伝搬ロスがほとんど無くなるため、光結合効率が向上するようになる。
本発明の実施形態に係る光モジュールの概略側面図である。 図１の発光側の光モジュールの第１基板を示す図であり、図２（ａ）は側面断面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＩ－Ｉ線断面図、図２（ｃ）は図２（ａ）のＩＩ－ＩＩ線断面図である。 第１基板を示す図であり、図３（ａ）は斜視図、図３（ｂ）は内部導波路を形成した斜視図である。 第１基板を示す図であり、図４（ａ）は発光素子を実装した斜視図、図４（ｂ）は光ファイバーを挿入した斜視図である。 図５（ａ）は第１基板に押さえブロックを固定した斜視図、図５（ｂ）は光ファイバーの斜視図である。 第１溝の底面と内部導波路のコア部との関係を示す正面断面図である。 第１変形例の第１基板を示す図であり、図７（ａ）は斜視図、図７（ｂ）は正面断面図である。 第２変形例の第１基板の正面断面図である。 第３変形例の第１基板を示す図であり、図９（ａ）は斜視図、図９（ｂ）は側面断面図である。 発光素子側の内部導波路のコア部の変形例を示す図であり、図１０（ａ）は平面図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）の正面断面図、図１０（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ別変形例の平面図である。 受光素子側の内部導波路のコア部の変形例を示す図であり、図１１（ａ）は平面図、図１１（ｂ）は図１１（ａ）の正面断面図、図１１（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ別変形例の平面図である。 第２基板に光ファイバーの被覆部を接着固定した第１例の側面断面図である。 第２基板に光ファイバーの被覆部を接着固定した第２例の側面断面図である。 本発明の他の実施形態である第１基板を示す図であり、図１４（ａ）は斜視図、図１４（ｂ）は正面断面図である。 本発明のさらに他の実施形態である第１基板を示す図であり、基板表面全体に酸化膜層が形成された第１基板の断面図である。 本発明のさらに他の実施形態である第１基板を示す図であり、基板の表面に形成された酸化膜層を遮蔽部の表面だけ部分的に除去することによって除去部分が形成された第１基板の断面図である。 本発明のさらに他の実施形態である第１基板を示す図であり、遮蔽部に光吸収体が配置された第１基板の断面図である。 特許文献１の光モジュールを示す図であり、図１８（ａ）は側面断面図、図１８（ｂ）は正面断面図である。
　以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は本発明に係る光モジュールの概略側面図である。図２（ａ）～（ｃ）は図１の発光側の光モジュールの第１基板１を示す図であり、図２（ａ）は側面断面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＩ－Ｉ線断面図、図２（ｃ）は図２（ａ）のＩＩ－ＩＩ線断面図である。図３（ａ）～（ｂ）は第１基板１を示す図であり、図３（ａ）は斜視図、図３（ｂ）は内部導波路を形成した斜視図である。図４（ａ）～（ｂ）は第１基板１を示す図であり、図４（ａ）は発光素子１２ａを実装した斜視図、図４（ｂ）は光ファイバー２を挿入した斜視図である。図５は押さえブロック２４を固定した斜視図である。
　図１において、光モジュールは、発光側の基板である第１基板（マウント基板）１と、受光側の基板である第１基板（マウント基板）３と、この第１基板１，３を光学的に結合する光ファイバー２とを備えている。なお、以下の説明においては、図１の上下方向（矢印Ｙの方向）を上下方向（高さ方向）、紙面と直交する方向を左右方向（幅方向）、図１の左側を前方、右側を後方という。
　実装時の熱の影響や使用環境による応力の影響を避けるために、第１基板１、３には、剛性が必要である。また、光伝送の場合には、発光素子から受光素子までの光伝送のために所定割合以上の効率が必要になるので、光素子を高精度に実装することや使用中の位置変動を極力抑制する必要がある。このため、第１基板１，３として、本実施形態ではシリコン（Ｓｉ）基板が採用されている。
　第１基板１、３がシリコン基板であれば、第１基板１、３は、シリコンの結晶方位を利用して表面に高精度のエッチング溝加工が可能である。この溝を利用して高精度なミラー部１５（後述）を形成することが可能である。この溝の内部に内部導波路１６（後述）を形成することが可能になる。また、シリコン基板の平坦性は、良好である。
　第１基板１，３は、それよりもサイズが大きい第２基板（別基板、例えば、インタポーザ基板）６の表面（上面）にそれぞれ設置されている。各第２基板６の裏面（下面）には、他の回路装置に電気的に接続するためのコネクタ７がそれぞれ取付けられている。
　第１基板１の表面（上面）には、電気信号を光信号に変換する発光素子１２ａが発光面を下向きとしてバンプ１２ｃ（図２参照）で実装されている。また、第２基板６の表面には、この発光素子１２ａに電気信号を送信するためのＩＣ回路が形成されたＩＣ基板（信号処理部）４ａが実装されている。
　発光素子１２ａとして、本実施形態では、半導体レーザである面発光レーザ〔ＶＣＳＥＬ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ　Ｃａｖｉｔｙ　Ｓｕｒｆａｃｅ　Ｅｍｉｔｔｉｎｇ　Ｌａｓｅｒ）〕が採用されている。この発光素子１２ａはＬＥＤ等でもよい。
　ＩＣ基板４ａは、前記ＶＣＳＥＬを駆動するドライバＩＣであり、発光素子１２ａの近傍に配設されている。そして、発光素子１２ａおよびＩＣ基板４ａは、第１基板１の表面と第２基板６の表面に形成された配線パターンに接続されている。
　第１基板１の表面には、図３（ａ）に示すように、断面形状が略台形状の第１溝（導波路形成用溝）１ａと、第１溝１ａよりも深い断面形状が略Ｖ字形状の第２溝１ｂが前後方向に連続して形成されている。
　第１溝１ａの先端部には、発光素子１２ａの真下となる位置に、光路を９０度屈曲させるための光路変換用のミラー部１５が形成されている。
　第１基板１の第１溝１ａ内には、図３（ｂ）に示すように、第１基板１の発光素子１２ａと光学的に結合する内部導波路１６が設けられている。この内部導波路１６は、ミラー部１５から第２溝１ｂの方向に延在していて、第１溝１ａの後端部１ｄからミラー部１５側に少し後退している。
　内部導波路１６は、光が伝播する屈折率の高い断面略正方形状のコア部１７と、それよりも屈折率の低いクラッド部１８とから構成されている。
　図２（ｃ）のように、コア部１７の左右の両面（両側面）は、クラッド部１８で覆われている。また、図示されていないが、コア部１７の上面も、クラッド部１８で薄く覆われている。
　図４（ａ）に示されるように、内部導波路１６が設けられた第１基板１の表面の所定位置には、発光素子１２ａが実装されている。この発光素子１２ａとコア部１７との間の空間には、図２（ａ）に示されるように、接着性の光学透明樹脂１３が充填されている。
　図１に戻って、受光側の第１基板３について説明する。この受光側の第１基板３の基本的な構成は、発光側の第１基板１と同様に構成されている。ただし、受光側の第１基板３の表面（上面）に、光信号を電気信号に変換する受光素子１２ｂが受光面を下向きとしてバンプで実装されている。また、第２基板６の表面に、この受光素子１２ｂに電気信号を送信するためのＩＣ回路が形成されたＩＣ基板（信号処理部）４ｂが実装されている点で、発光側の第１基板１と異なる。この受光素子１２ｂとしては、ＰＤが採用されており、ＩＣ基板４ｂは、電流・電圧の変換を行うＴＩＡ（Ｔｒａｎｓ－ｉｍｐｅｄａｎｃｅ　Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）などの素子である。
　発光側の第１基板１と受光側の第１基板３およびＩＣ基板４ａ，４ｂは、第２基板６の表面に取付けられたシールドケース８によってそれぞれシールドされている。光ファイバー２は、シールドケース８の貫通孔８ａを貫通している。
　次に、光ファイバー２を説明する。光ファイバー２は、図１および図５に示すように、発光側の第１基板１の内部導波路１６のコア部１７と受光側の第１基板３の内部導波路１６のコア部１７とを光学的に結合可能なファイバーコア部２１を内部に有している。光ファイバー２は、ファイバーコア部２１と、このファイバーコア部２１の外周を包囲するファイバークラッド部２２と、このファイバークラッド部２２の外周を被覆する被覆部２３とで構成されるコードタイプである。このファイバーコア部２１とファイバークラッド部２２と被覆部２３は、同心状に配置され、これらで構成される光ファイバー２は、円形断面を有する。
　光ファイバー２は、図１に示されるように、シールドケース８の貫通孔８ａを貫通しており、第１基板１の第２溝１ｂの手前付近で被覆部２３が剥がされている。したがって、この剥がされた部分において、ファイバークラッド部２２が露出されている。
　図２（ａ）（ｃ）および図４（ｂ）に示されるように、第１基板１の第２溝１ｂには、光ファイバー２のファイバークラッド部２２が設置され、第１溝１ａとの境部分の立ち上がり傾斜部によって、ファイバークラッド部２２は、位置決めされている。このときに、第１基板１の内部導波路１６のコア部１７と光ファイバー２のファイバーコア部２１の光軸が一致した位置決め状態で光学的に結合される。
　第１基板１の内部導波路１６のコア部１７の端面と光ファイバー２のファイバーコア部２１の端面との間の隙間は、０～２００μｍの範囲である。好適な範囲は両コア部１７，２１の大きさに依るが、一般的には、隙間は０～６０μｍが好ましい。
　第１基板１の上側には、図２（ａ）および図５に示されるように、光ファイバー２のファイバークラッド部２２の上部には押えブロック２４が配置されている。この押えブロック２４と第２溝１ｂとの間の空間には、接着剤１４が充填されている。
　このように、光ファイバー２のファイバークラッド部２２の先端側の部位は、押えブロック２４によって第２溝１ｂに押え付けられた状態となっている。この先端側の部位は、押えブロック２４とともに第１基板１に接着剤１４によって接着固定される。
　前記のように構成した光モジュールでは、第１基板１の第１溝１ａにおいて、コア部１７とクラッド部１８とからなる内部導波路１６が設けられている。また、第１基板１の第２溝１ｂ内に設置された光ファイバー２のファイバーコア部２１は、内部導波路１６のコア部１７と光学的に接続されている。そして、光素子が発光素子１２ａである発光側の第１基板１では、ミラー部１５を介して内部導波路１６のコア部１７に光信号を出射し、光素子が受光素子１２ｂである受光側の第１基板３では、ミラー部１５を介して内部導波路１６のコア部１７からの光信号を受光する。
　このように、光ファイバー２のファイバーコア部２１の先端とミラー部１５との間に内部導波路１６が介在しているから、発光素子１２ａから出射された光束、および光ファイバー２のファイバーコア部２１から出射された光束のいずれもが広がることがない。したがって、光ファイバー２のファイバーコア部２１の先端とミラー部１５との間の光信号の伝搬ロスがほとんど無くなるため、光結合効率が向上する。
　また、第１溝１ａの底面を内部導波路１６のコア部１７よりも広い幅にすれば、図６に示されるように、コア部１７の成形時において、内部導波路１６のコア部１７をパターニング（光硬化）する際、底面での不要な反射がなくなる。したがって、この場合、高精度なコア形状を得ることができる。
　図１～図６に示される実施形態の内部導波路１６では、第１基板１の導波路形成用溝である第１溝１ａを断面略台形状とし、コア部１７を断面略正方形状として、コア部１７の左右の両面がクラッド部１８で覆われている。
　しかしながら、内部導波路１６は、このタイプに限られるものではない。例えば、図７（ａ）（ｂ）に示す内部導波路１６のように、第１基板１の第１溝１ａは、第２溝１ｂよりも浅い断面形状が略Ｖ字形状に形成され、コア部１７は、第１溝１ａに適合した断面略五角形形状に形成されて、コア部１７の左右の両面がクラッド部１８で覆われてもよい。
　また、図８に示す内部導波路１６のように、第１基板１の表面とともに第１溝１ａ内の表面にも絶縁のためのシリコン酸化膜４０が形成されている場合には、このシリコン酸化膜４０がコア部１７よりも屈折率の低いクラッド部１８として機能する。したがって、シリコン酸化膜（クラッド部１８に相当）４０が形成された第１溝１ａ内の全体にコア用樹脂を充填することにより、断面略逆三角形状のコア部１７を形成してもよい。
　図８に示される内部導波路１６では、第１溝１ａ内の全体がコア部１７となることから、発光素子１２ａからの光束がコア部１７で幅方向に広がって、光束の一部が光ファイバー２のファイバーコア部２１に至らないおそれがある。
　そこで、図７（ｂ）に示されるように、コア部１７の幅Ｗ１をファイバーコア部２１の幅Ｗ２と略同幅とすることで、光束のほぼ全部を光ファイバー２のファイバーコア部２１に至らせることができるので、光結合効率が向上する。なお、コア部１７の幅Ｗ１は、必ずしもファイバーコア部２１の幅Ｗ２と略同幅とする必要はなく、第１溝１ａの上端の幅Ｗ３よりも狭いものであればよい。これらのことは、図２（ｃ）に示されるように、コア部１７が断面略正方形状のものでも同様である。
　内部導波路１６のコア部１７は、光素子が発光素子１２ａである発光側の第１基板１では、図１０（ａ）（ｂ）に示されるように、ミラー部１５から光ファイバー２のファイバーコア部２１との接続端部に向かって、両側面１７ａの幅Ｗが直線的に徐々に細くなるような斜面状に形成することができる。また、両側面１７ａは、図１０（ｃ）に示されるような段階的な直線の斜面状、あるいは図１０（ｄ）に示されるような曲線の斜面状に形成することもできる。
　逆に、光素子が受光素子１２ｂである受光側の第１基板３では、図１１（ａ）（ｂ）に示されるように、内部導波路１６のコア部１７は、光ファイバー２のファイバーコア部２１との接続端部からミラー部１５に向かって、両側面１７ａの幅Ｗが直線的に徐々に細くなるような斜面状に形成するこができる。また、両側面１７ａは、図１１（ｃ）に示されるような段階的な直線の斜面状、あるいは図１１（ｄ）に示されるような曲線の斜面状に形成することもできる。
　このようにすれば、光素子が発光素子１２ａのときは、内部導波路１６のコア部１７を先細り（すなわち、前方へ行くにしたがって細くなる形状）とすることによって、発光素子１２ａから出射された光束が収束される。また、光素子が受光素子１２ｂのときは、内部導波路１６のコア部１７を後細り（すなわち、後方へ行くにしたがって細くなる形状）とすることによって、光ファイバー２のファイバーコア部２１から出射された光束が収束される。したがって、いずれの場合でも光結合効率がより向上するようになる。
　図９（ａ）（ｂ）に示すように、第１基板１の表面には、第２溝１ｂに連続して、第２溝１ｂよりも深い断面形状が略Ｖ字形状の第３溝１ｃが形成されている。その第３溝１ｃには、光ファイバー２の被覆部２３が設置されることが可能である。
　このようにすれば、光ファイバー２の被覆部２３も第１基板１の第３溝１ｃに設置できるから、ファイバークラッド部２２の被覆部２３との境界部分に光ファイバー２からの応力が集中するのを防止することができる。
　ファイバークラッド部２２と同様に、被覆部２３を第３溝１ｃに接着剤で接着固定すれば、光ファイバー２の固定強度が向上する。また、モジュール外部から光ファイバー２に曲げ力や引っ張り力が作用しても、内部導波路１６との光結合部に影響しないために、光結合効率が低下することがない。
　また、被覆部２３が第３溝１ｃに接着固定されない場合には、図１２に示すように、第２基板６の表面に肉盛り（すなわち、上方へ突出するように付与）された接着剤２０によって、光ファイバー２の被覆部２３が第２基板６に固定されることが可能である。
　このようにすれば、光ファイバー２の被覆部２３を第２基板６に設置して固定できるから、光ファイバー２の固定強度が向上する。また、モジュール外部から光ファイバー２に曲げ力や引っ張り力が作用しても、内部導波路１６との光結合部に影響しないために、光結合効率が低下しなくなる。さらに、光ファイバー２の被覆部２３を第１基板１の第３溝１ｃに設置して固定する構造を併用すれば、より固定強度が向上する。
　図１３に示すように、光ファイバー２の被覆部２３にチューブ状の被覆体２５が嵌め込まれる場合には、第２基板６に、光ファイバー２の被覆部２３と被覆体２５とを接着剤２０で固定することができる。この被覆体２５は、各基板１，６に光ファイバー２を平行状態に維持できる外径に設定されている。なお、被覆体２５は、被覆部２３の外周を覆うものであれば、被覆部２３に嵌め込むものに限らない。
　被覆部２３は、例えばＵＶ硬化性樹脂で形成された厚さ５～１０μｍ程度の層であり、被覆体２５は、例えばＰＶＣやナイロン、または熱可塑性ポリエステルエラストマー（例えば、ハイトレル（登録商標））で形成され、単心では外径が９００ミクロン程度のものである。
　このように構成すれば、被覆体２５は、第２基板６に設置され、光ファイバー２の被覆部２３とともに第２基板６に固定されることが可能である。それによって、光ファイバー２の固定強度が向上する。また、モジュール外部から光ファイバー２に曲げ力や引っ張り力が作用しても、内部導波路１６との光結合部に影響しないために、光結合効率が低下しなくなる。さらに、光ファイバー２の被覆部２３を第１基板１の第３溝１ｃに設置して固定する構造を併用すれば、より固定強度が向上する。加えて、光ファイバー２の自重による撓みを被覆体２５の厚みによって抑制することができ、光ファイバー２を各基板１，６に平行状態で固定できる。それによって、光ファイバー２と内部導波路１６との光結合部に応力が発生しにくいので、光結合効率が低下しにくくなる。なお、第２基板６に被覆体２５のみを接着剤２０で固定しても、同様の作用効果を奏することができる。
　被覆体２５は、シールドケース８の貫通孔８ａから外部に出る光ファイバー２の被覆部２３の曲げに対する保護のために、貫通孔８ａの前後部分の被覆部２３に嵌め込む短いタイプ（例えば２０～４０ｍｍ長さ）がある。また、被覆体２５は、光ファイバー２の全体の強度保護および難燃対応のために、モジュール間を繋ぐ被覆部２３の全長を覆う長いタイプがある。
　前記実施形態において、ミラー部１５の傾斜角度を４５度とすれば、光結合効率が良好になる。
　また、第１基板１がシリコン（Ｓｉ）製であれば、第１溝１ａと第２溝１ｂは、シリコンの異方性エッチングで形成することができる。これによれば、シリコンの結晶方位性を利用した溝加工が可能であり、第１溝１ａでは高精度なミラー形状を形成でき、第２溝１ｂでは光ファイバー２の設置の位置ずれを低減することができる。
　また、内部導波路１６の材料として感光性樹脂を用いることができる。これによれば、イオンドープや堆積法を繰り返して形成する無機内部導波路と比較すると、安価で形成が容易となる。
　さらに、第１溝１ａの内部を含む第１基板１の表面にシリコン酸化膜を形成して、内部導波路１６のコア部１７の屈折率をシリコン酸化膜よりも大きくすることができる。これによれば、第１溝１ａに内部導波路１６のコア部１７となる材料を充填することで、容易に内部導波路１６を形成することができる。
　また、上記実施形態では、１つの基板上に第１溝および第２溝がそれぞれ１本ずつ形成された例が示されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、図１４（ａ）および図１４（ｂ）に示されるように、第１溝１ａおよび第２溝１ｂをそれぞれ複数本ずつ形成し、複数本の第１溝１ａを平行に配置するとともに複数本の第２溝１ｂを平行に配置するようにしてもよい。
　図１４（ａ）および図１４（ｂ）に示される光モジュールでは、第１基板１の表面には、図１４（ａ）に示すように、断面形状が略台形状の複数の第１溝（導波路形成用溝）１ａが、互いに第１基板１の材料によって分離された状態で平行に配置されている。
　さらに、第１基板１の表面には、第１溝１ａよりも深い断面形状が略Ｖ字形状の複数の第２溝１ｂが、各第１溝１ａの端部から前後方向に連続して形成されている。
　各々の第１溝１ａの先端部には、図１４（ａ）に示すように、光路変換用のミラー部１５が形成されている。各々の第１溝１ａの内部には、図１４（ｂ）に示すように、各々の第１溝１ａに対応する発光素子１２ａと光学的に結合する内部導波路１６が設けられている。
　内部導波路１６は、光が伝播する屈折率の高い断面略正方形状のコア部１７と、それよりも屈折率の低いクラッド部１８とから構成されている。図１４（ｂ）に示すように、コア部１７の左右の両面（両側面）は、クラッド部１８で覆われている。また、コア部１７の上面には、クラッド部１８が薄く覆われている。
　図１４（ａ）および図１４（ｂ）に示される構成では、複数の第１溝１ａが互いに第１基板１の材料によって分離された状態で配置されているので、第１溝１ａの各々を通る光信号が隣接する第１溝１ａへ漏洩(クロストーク)することを抑制することが可能である。
　また、図１４（ｂ）に示されるように、隣接する内部導波路１６のコア部１７の間隔Ｐは、本発明ではとくに限定するものではなく、任意に設定することが可能である。例えば、従来公知の光ファイバーアレイの光ファイバーが２５０μｍ間隔で配置される場合が多いことを考慮して、コア部１７の間隔Ｐは２５０μｍ程度に設定してもよい。
　第２溝１ｂの大きさについても、本発明ではとくに限定するものではない。最も汎用的に用いられる細径の光ファイバーの外径が１２５μｍであることを考慮して、第２溝１ｂの大きさは、クラッド部２２の外径が１２５μｍ程度である光ファイバーに対応する大きさに設定してもよい。なおクロストークの抑制のためには、図１４のように第２溝１ｂについても隣接する第２溝１ｂと分離することが望ましい。
　さらに、本発明のさらに他の実施形態として、図１５に示される光モジュールでは、第１溝１ａが複数本配置された構造において、基板１の表面全体（すなわち、第１溝１ａの表面および遮蔽部３０の表面の全体）に酸化膜層３４が形成されている。遮蔽部３０は、基板１における第１溝１ａの間において上向きに突出した部分であり、第１溝１ａの間のミラー部１５の反射光の散乱成分ａが漏洩しないように遮蔽する。
酸化膜層３４は、光信号を第１溝１ａの外へ漏洩しないように反射させることが可能であり、ミラー部１５の反射光の散乱成分ａの漏洩も抑制することが可能である。この構成によれば、酸化膜層３４が光信号を反射する反射層となるので、光信号の漏洩(クロストーク)をより抑制できる。赤外光などからなる光信号は、厳密にいえば、シリコンなどからなる基板１を減衰しながら透過する性質を有しているが、上記のように、光信号を酸化膜層３４で反射することによって、クロストーク抑制効果を向上するができる。
　なお、図１５では、光の経路を視認しやすいように、発光部１２ａを有する光素子１１と基板１との隙間が誇張して大きく図示されているが、実際には、この隙間は微小なものであり、大きなクロストークは発生しない。以下、図１６～１７についても同様である。
　さらに、本発明のさらに他の実施形態として、図１６に示される光モジュールは、図１５に示されるように酸化膜層３４が基板１の表面に形成された構造において、上向きに突出した遮蔽部３０の表面の酸化膜層３４が部分的に除去されることによって、除去部分３２が形成されている。この構成によれば、発光部１２ａを有する光素子１１とクラッド部１８との間を多重反射する漏洩光ｄが発生した場合、この漏洩光ｄを酸化膜層３４の除去部分３２から第１基板１に吸収させることができる。
　さらに、本発明のさらに他の実施形態として、図１７に示される光モジュールでは、第１基板１の上向きに突出した遮蔽部３０の表面に、この遮蔽部３０に沿った光吸収体３５が配置されている。光吸収体３５としては、例えば不透光性のアクリル若しくはエポキシ樹脂が用いられる。この構成によれば、発光部１２ａを有する光素子１１とクラッド部１８との間を多重反射する漏洩光ｄが発生した場合、この漏洩光ｄを光吸収体３５によって吸収させて光の漏洩を遮断することができる。
また光素子１１は一体アレイ状のものに限らず、発光素子１２ａがそれぞれ分離したものでもよいし、発光素子１２ａと受光素子１２ｂを併載したものでもよい。さらに複数のミラー部１５は必ずしも同一線上に配置する必要はなく、例えば、第一溝１ａおよび内部導波路１６の長さを隣接するチャンネルと異なるようにし、ミラー部１５および発光素子１２ａまたは１２ｂをオフセットして配置することで、クロストーク抑制効果をさらに向上できる。
　以上のように、本実施形態の光モジュールは、表面において、少なくとも１本の第１溝と前記第１溝よりも深い断面形状が略Ｖ字形状の第２溝とが連続して形成された基板と、この基板の第１溝内に設けられた内部導波路と、第１溝の先端部に設けられた光路変換用のミラー部と、このミラー部と対向するように基板の表面に実装され、ミラー部を介して内部導波路のコア部に光信号を出射し、若しくはミラー部を介して内部導波路のコア部からの光信号を受光する光素子と、前記第２溝内に設置されたクラッド部および内部導波路のコア部と光学的に接続されるファイバーコア部を有する光ファイバーを備えたことを特徴とするものである。
　これによれば、基板の第１溝にコア部を有する内部導波路を設け、基板の第２溝内に設置した光ファイバーのファイバーコア部を内部導波路のコア部と光学的に接続するようにしている。そして、光素子が発光素子である場合においてミラー部を介して内部導波路のコア部に光信号を出射し、光素子が受光素子である場合においてミラー部を介して内部導波路のコア部からの光信号を受光する。
　このように、光ファイバーのファイバーコア部の先端とミラー部との間に内部導波路を介在させているから、発光素子から出射された光束、および光ファイバーのファイバーコア部から出射された光束のいずれも広がらない。したがって、光ファイバーのファイバーコア部の先端とミラー部との間の光信号の伝搬ロスが何れの方向においてもほとんど無くなるため、光結合効率が向上する。
　また、前記内部導波路のコア部は、光素子が発光素子である場合において、ミラー部から光ファイバーのファイバーコア部との接続端部に向かって、前記コア部の両側面の幅が徐々に細くなるような斜面を有する構成とすることができる。
　これによれば、光素子が発光素子のときは、内部導波路のコア部を先細りとすることで、発光素子から出射された光束が収束されるようになる。したがって、光結合効率がより向上する。
　また、前記内部導波路のコア部は、光素子が受光素子である場合において、光ファイバーのファイバーコア部との接続端部からミラー部に向かって、前記コア部の両側面の幅が徐々に細くなるような斜面を有する構成とすることができる。
　これによれば、光素子が受光素子のときは、内部導波路のコア部を後細りとすることで、光ファイバーのファイバーコア部から出射された光束が収束されるようになる。したがって、光結合効率がより向上する。
　また、前記内部導波路のコア部の幅は、第１溝の上端の幅よりも狭い構成とすることができる。
　これによれば、内部導波路のコア部の幅が第１溝の上端の幅と同じである場合には、光素子からの光束がコア部で幅方向に広がって、光束の一部が光ファイバーのファイバーコア部に至らないおそれがある。そこで、コア部の幅を第１溝の上端の幅よりも狭く、好ましくは、ファイバーコア部の幅と略同幅とすることで、光束のほぼ全部を光ファイバーのファイバーコア部に至らせることができるので、光結合効率が向上する。
　また、前記第１溝は断面形状が略台形状で、第１溝の底面は内部導波路のコア部よりも幅が広い構成とすることができる。
　これによれば、第１溝の底面を内部導波路のコア部よりも広い幅にしたから、コア部の成形時に、内部導波路のコア部をパターニング（光硬化）する際、底面での不要な反射がなくなるので、高精度なコア形状を得ることができる。因みに、特許文献１に示されるようなＶ溝であると、光が反射してパターニング精度が著しく低下する懸念がある。
　また、前記基板の表面に、第２溝に連続して、第２溝よりも深い断面形状が略Ｖ字形状の第３溝が形成され、前記第３溝には、光ファイバーの被覆部が設置される構成とすることができる。
　これによれば、光ファイバーの被覆部も第１基板の第３溝に設置できるから、ファイバークラッド部の被覆部との境界部分に光ファイバーからの応力が集中するのを防止することができる。
　また、前記基板は、この基板よりもサイズが大きい別基板に設置され、この別基板に、前記光ファイバーの被覆部が固定されている構成とすることができる。
　これによれば、光ファイバーの被覆部を別基板に設置して固定できるから、光ファイバーの固定強度が向上する。また、モジュール外部から光ファイバーに曲げ力や引っ張り力が作用しても、内部導波路との光結合部に影響しないために、光結合効率が低下しなくなる。
　また、前記基板は、この基板よりもサイズが大きい別基板に設置され、前記光ファイバーの被覆部の外周に被覆体が固定されて、前記別基板に、前記被覆体が固定されている構成とすることができる。
　これによれば、被覆体を別基板に設置して固定できるから、光ファイバーの固定強度が向上する。また、モジュール外部から光ファイバーに曲げ力や引っ張り力が作用しても、内部導波路との光結合部に影響しないために、光結合効率が低下しなくなる。加えて、光ファイバーの自重による撓みを被覆体の厚みで抑制して、光ファイバーを各基板に平行状態で固定できる。それによって、内部導波路との光結合部に応力が発生しにくいので、光結合効率が低下しにくくなる。
　また、複数の前記第１溝の各々は、互いに分離して前記基板に配置されている構成とすることができる。
　これによれば、複数の第１溝１ａが互いに分離された状態で配置されているので、第１溝１ａの各々を通る光信号が漏れて隣接する第１溝１ａを通る光信号へ影響を与える現象、いわゆるクロストークの発生を抑えることが可能である。また、それによって、各々の第１溝１ａにおける光結合効率が高くなる。
１　　　第１基板
１ａ　　第１溝
１ｂ　　第２溝
１ｃ　　第３溝
２　　　光ファイバー
６　　　第２基板（別基板）
１２ａ　発光素子（光素子）
１２ｂ　受光素子（光素子）
１５　　ミラー部
１６　　内部導波路
１７　　コア部
１８　　クラッド部
２１　　ファイバーコア部
２２　　ファイバークラッド部
２３　　被覆部
２５　　被覆体
Ｗ１～Ｗ３　幅

Claims (10)

  1. 　表面において、少なくとも１本の第１溝と前記第１溝よりも深い断面形状が略Ｖ字形状の第２溝とが連続して形成された基板と、
    　前記基板の第１溝内に設けられた内部導波路と、
    　前記第１溝の先端部に設けられた光路変換用のミラー部と、
    　前記ミラー部と対向するように前記基板の前記表面に実装され、前記ミラー部を介して前記内部導波路の前記コア部に光信号を出射し、若しくは前記ミラー部を介して前記内部導波路の前記コア部からの光信号を受光する光素子と、
    　前記第２溝内に設置されたファイバークラッド部および前記内部導波路の前記コア部と光学的に接続されるファイバーコア部を有する光ファイバーと
    を備えたことを特徴とする光モジュール。
  2. 　前記内部導波路の前記コア部は、前記光素子が発光素子である場合において、前記ミラー部から前記光ファイバーの前記ファイバーコア部との接続端部に向かって、前記コア部の両側面の幅が徐々に細くなるような斜面を有することを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
  3. 　前記内部導波路の前記コア部は、前記光素子が受光素子である場合において、前記光ファイバーの前記ファイバーコア部との接続端部から前記ミラー部に向かって、前記コア部の両側面の幅が徐々に細くなるような斜面を有することを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
  4. 　前記内部導波路の前記コア部の幅は、前記第１溝の上端の幅よりも狭いことを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の光モジュール。
  5. 　前記第１溝は断面形状が略台形状であり、前記第１溝の底面は前記内部導波路の前記コア部よりも幅が広いことを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載の光モジュール。
  6. 　前記基板の前記表面に、前記第２溝に連続して、前記第２溝よりも深い断面形状が略Ｖ字形状の第３溝が形成され、
    　前記第３溝には、前記光ファイバーの被覆部が設置されていることを特徴とする請求項１～５のいずれか一項に記載の光モジュール。
  7. 　前記基板は、前記基板よりもサイズが大きい別基板に設置され、前記別基板に、前記光ファイバーの被覆部が固定されていることを特徴とする請求項１～５のいずれか一項に記載の光モジュール。
  8. 　前記基板は、前記基板よりもサイズが大きい別基板に設置され、前記別基板に、前記光ファイバーの前記被覆部が固定されていることを特徴とする請求項６に記載の光モジュール。
  9. 　前記基板は、前記基板よりもサイズが大きい別基板に設置され、前記光ファイバーの被覆部の外周に被覆体が固定されて、前記別基板に、前記被覆体が固定されていることを特徴とする請求項１～６のいずれか一項に記載の光モジュール。
  10. 　複数の前記第１溝の各々は、互いに分離して前記基板に配置されている、請求項１～９のいずれか一項に記載の光モジュール。
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