WO2014049852A1 - 光ファイバと接続する光路変換光結合デバイスおよび光モジュール - Google Patents

光ファイバと接続する光路変換光結合デバイスおよび光モジュール Download PDF

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optical
optical path
oblique mirror
path conversion
coupling device
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俊樹 菅原
田中　健一
康信 松岡
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
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    • G02B6/4214—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms the intermediate optical element having redirecting reflective means, e.g. mirrors, prisms for deflecting the radiation from horizontal to down- or upward direction toward a device
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    • G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4249—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details comprising arrays of active devices and fibres

Definitions

  • the present invention relates to an optical path conversion optical coupling device connected to an optical fiber, and an optical module.
  • optical fiber networks have been developed that exchange large volumes of data at high speeds over relatively long distances of several kilometers or more, such as trunk, metro, and access systems.
  • optical interconnect technology that opticalizes signal wiring between devices (several meters to several hundreds of meters) or within devices (several centimeters to several tens of centimeters) in information communication (ICT) equipment. It is considered effective.
  • a multi-core fiber MMF
  • a conventional fiber has only one core transmission channel in one fiber.
  • a multi-core fiber has a transmission channel with a plurality of cores in one fiber, and is attracting attention as a transmission medium that enables high-capacity and high-density transmission.
  • optical communication technology in addition to social infrastructure systems, video devices such as video cameras and consumer devices such as personal computers (PCs) and mobile phones are required to have high definition images. As a result, high-speed and large-capacity video signal transmission between the monitor and the terminal, opticalization of the signal transmission line, and the like are realized. Along with this increase in information capacity, optical communication technology for small size, low cost, high density, and large capacity, and realization of optical interconnect between ICT devices / inside devices and consumer devices Optical devices and module technology are required.
  • Patent Document 1 discloses an optical device (optical chip) in which a grating coupler is laid out so as to match the arrangement of the core of the MCF and is connected to a photodiode (PD) or a modulator via a waveguide. .
  • PD photodiode
  • the conventional configuration requires an optical device with a custom layout in accordance with the arrangement of the core of the MCF for optical connection with the MCF.
  • MCF is geometrically developed with 7 cores, 19 cores, etc. in view of the demand for uniform spacing between a plurality of cores due to the problem of crosstalk.
  • the arrangements such as the core size and the pitch between the cores have been developed by each engine's own design, and the specifications are not unified. Therefore, a custom layout of optical devices is required for each product type.
  • the present invention provides an optical path conversion optical coupling device and an optical module that do not require a custom layout for optical connection between an MCF having a general number of cores (7 cores, 19 cores, etc.) and an optical device (for example, a linear array type). provide.
  • an optical path conversion optical coupling device for an optical fiber including a plurality of concentrically arranged cores is provided.
  • the optical path conversion optical coupling device includes a plurality of first oblique mirror portions arranged concentrically corresponding to the positions of the plurality of cores, and the plurality of first oblique mirror portions includes the plurality of cores.
  • the plurality of optical signals emitted from the light source or incident on the plurality of cores are reflected so that the optical paths of the plurality of optical signals do not cross each other.
  • an optical fiber having a plurality of cores arranged concentrically, and a plurality of optical signals emitted from or incident on the plurality of cores of the optical fiber.
  • An optical path conversion optical coupling device that converts an optical path and a plurality of elements that receive the plurality of optical signals from the optical path conversion optical coupling device or emit the plurality of optical signals to the optical path conversion optical coupling device are arranged linearly
  • An optical module is provided.
  • the optical path conversion optical coupling device includes a plurality of first oblique mirror portions arranged concentrically corresponding to the positions of the plurality of cores, and the plurality of first oblique mirror portions include: The plurality of optical signals emitted from the plurality of cores or emitted from the array optical element are reflected so that the optical paths of the plurality of optical signals do not cross each other.
  • FIG. 1 is an example of an optical module according to the first embodiment of the present invention.
  • the optical module 5000 includes a large-capacity optical fiber 1000 represented by a multi-core fiber (hereinafter simply referred to as “optical fiber”) and an optical path conversion unit (optical path conversion optical coupling) disposed inside the optical module 5000.
  • Device 100 and an array optical element unit (array optical element) 3000.
  • the optical module 5000 is connected to the optical fiber 1000.
  • the optical fiber 1000 is disposed on the plane 5001 of the optical module 5000.
  • the optical path conversion unit 100 includes a plurality of first oblique mirror units 110-1,..., 110-7.
  • the optical path conversion unit 100, the optical fiber 1000, and the array optical element unit 3000 will be described in detail with reference to FIGS.
  • FIG. 2 is an example of the first optical path conversion unit 100 according to the first embodiment of the present invention.
  • 1 and 3 show an optical fiber 1000 having seven core portions 1010-1,..., 1010-7 arranged concentrically as a large capacity optical fiber.
  • the optical path conversion unit 100 has a configuration corresponding to the core units 1010-1,..., 1010-7 of the optical fiber 1000.
  • the optical path conversion unit 100 includes a plurality of (seven) first oblique mirror units 110-1,..., 110-7, and a second oblique mirror unit 115.
  • the plurality of first oblique mirror portions 110-1,..., 110-7 are concentrically arranged corresponding to the positions of the plurality of core portions 1010-1,.
  • the optical path conversion unit 100 is preferably made of a material having good transparency with respect to the wavelength of light used for optical communication.
  • the optical path conversion unit 100 is realized by glass, resin, a semiconductor such as Si, an organic material, or the like.
  • the wavelength is 0.85 ⁇ m
  • the optical path conversion unit 100 is realized by glass, resin, organic material, or the like.
  • FIG. 2 shows an example in which a plurality of first oblique mirror portions 110-1,..., 110-7 of the optical path changing portion 100 are formed by V-shaped groove-shaped portions.
  • V-shaped groove-shaped portions are formed concentrically corresponding to the positions of the plurality of core portions 1010-1, ..., 1010-7.
  • one of the two surfaces forming the V-shaped groove-shaped portion is a reflective surface.
  • a plurality of optical signals are reflected by the reflecting surfaces of the V-shaped groove-shaped portions of the first oblique mirror portions 110-1,..., 110-7.
  • the second oblique mirror unit 115 is configured such that the optical signals reflected by the first oblique mirror units 110-1, ..., 110-7 (or the first oblique mirror parts 110-1, ..., 110-7). Is formed on the surface of the optical path conversion unit 100 corresponding to the optical path of the optical signal reflected toward the.
  • the first oblique mirror sections 110-1,..., 110-7 reflect the plurality of optical signals at the same height position so that the optical paths of the plurality of optical signals are parallel to each other.
  • the second oblique mirror part 115 is formed as one reflecting surface. As will be described later, the second oblique mirror portion 115 may be formed to have a plurality of reflecting surfaces.
  • FIG. 3 shows an example of a large-capacity optical fiber 1000 according to the first embodiment of the present invention.
  • the optical fiber 1000 includes a plurality of core portions 1010-1,..., 1010-7 arranged concentrically.
  • a plurality of core portions 1010-1,..., 1010-7 extend in the vertical direction.
  • This figure shows an example in which the number of cores is 7, but the number of cores may be 19 as will be described later.
  • the positional relationship between the core portions 1010-1,..., 1010-7 will be described later in detail with reference to FIG.
  • FIG. 4 shows an example of the array optical element unit 3000 according to the first embodiment of the present invention.
  • the array optical element unit 3000 can be applied to the present invention in either case of a light receiving element or a light emitting element.
  • the array optical element unit 3000 of the present invention includes a plurality of elements (incident part or emitting part) 3010-1,.
  • the plurality of elements 3010-1,..., 3010-7 are arranged approximately linearly.
  • the array optical element unit 3000 is a general-purpose linear array type optical device.
  • the array optical element unit 3000 may be either a light receiving element or a light emitting element.
  • the array optical element unit 3000 is a light receiving element
  • a plurality of optical signals emitted from the plurality of core units 1010-1,..., 1010-7 are converted in optical path by the optical path conversion unit 100, and the optical path conversion unit 100 Are received by the array optical element unit 3000.
  • the array optical element unit 3000 is a light emitting element
  • a plurality of optical signals are incident on the optical path conversion unit 100 from the array optical element unit 3000, and the optical path is converted by the optical path conversion unit 100 to obtain an optical path.
  • the optical signal from the conversion unit 100 enters the plurality of core units 1010-1,..., 1010-7.
  • FIG. 5 shows another example of the optical path changing unit 100 according to the first embodiment of the present invention.
  • the example in which the plurality of first oblique mirror portions 110-1,..., 110-7 of the optical path changing portion 100 are formed by V-shaped groove-shaped portions is shown.
  • FIG. 5 shows an example in which a plurality of first oblique mirror portions 110-1,..., 110-7 are manufactured by notches.
  • a plurality of notches 111-1,..., 111-3 are formed in the optical path conversion unit 100, and each of the surfaces formed by these notches 111-1,.
  • the first oblique mirror units 110-1,..., 110-7 are assumed.
  • the plurality of first oblique mirror portions 110-1,..., 110-7 correspond to the positions of the plurality of core portions 1010-1,. So that they are arranged concentrically.
  • the relative positional relationship between the first oblique mirror portions 110-1,..., 110-7 and the plurality of core portions 1010-1,. is important.
  • the plurality of first oblique mirror portions 110-1,..., 110-7 have at least reflecting surfaces arranged concentrically corresponding to the positions of the plurality of core portions 1010-1,. It only has to be. Therefore, the shape of the optical path conversion unit 100 other than the part (reflection surface) where the optical signal is actually reflected by the first oblique mirror units 110-1,..., 110-7 can be arbitrarily formed. .
  • resin, low melting glass, etc. are used as a material of the optical path conversion part 100, it can manufacture with a metal mold
  • the second oblique mirror unit 115 includes the optical signals reflected by the first oblique mirror units 110-1,..., 110-7 (or the first oblique mirror unit 110- 1,..., 110-7 are formed on the surface of the optical path conversion unit 100 corresponding to the optical path of the optical signal. Since the plurality of first oblique mirror portions 110-1,..., 110-7 and the oblique mirror portion 115 in the optical path changing portion 100 are preferably more efficient in increasing the reflectivity, the first and second oblique mirror portions 110 are used. -1,..., 110-7 and 115 may be coated with a metal (aluminum, gold, etc.) or a dielectric multilayer film. 2 and the optical path conversion unit 100 in FIG. 5 have the same optical path. Therefore, the following description will be made using the optical path conversion unit 100 of FIG. 5 in which the perspective view and the cross-sectional view are simplified.
  • FIG. 6 is a top view of the optical module 5000 according to the first embodiment of the present invention.
  • an optical signal is sent to each of the core portions 1010-1,..., 1010-7 by making the intervals between the geometrically adjacent core portions 1010-1,. It is preferable to suppress optical crosstalk at the same time during transmission.
  • the core portions 1010-1,..., 1010-6 are arranged in a regular hexagon, and the center of the regular hexagon.
  • the triangle formed by the three adjacent core portions 1010-2, 1010-3, and 1010-7 is an equilateral triangle, and ⁇ m in FIG. 6 is 60 °.
  • the array optical element unit 3000 is a light receiving element
  • the optical paths of the plurality of optical signals emitted from the plurality of core units 1010-1,..., 1010-7 are converted by the optical path conversion unit 100, and the plurality of optical signals from the optical path conversion unit 100 are converted into array light. It is received by each element 3010-1,..., 3010-7 of the element unit 3000.
  • the angle ⁇ s drawn obliquely is about 20 ° in the case of 7 cores.
  • the angle ⁇ s is set to about 20 ° in order to reflect the plurality of optical signals so that the optical paths of the plurality of optical signals are parallel to each other.
  • the angle ⁇ s drawn obliquely is not limited to about 20 °, and can be set within an angle range in which the optical paths of the plurality of optical signals do not intersect each other.
  • FIG. 7A is a side view showing an optical path conversion unit and an array optical element unit according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 7B is a top view showing the optical path conversion unit and the array optical element unit according to the first embodiment of the present invention.
  • the first oblique mirror portions 110-1,..., 110-7 are simply shown as rectangles.
  • the optical signals emitted from the plurality of core portions 1010-1,..., 1010-7 of the optical fiber 1000 are sent to the plurality of first lens portions 120- arranged on the upper surface of the optical path changing portion 100. 1,..., 120-7.
  • Each of the collected optical signals is reflected by the first oblique mirror units 110-1,..., 110-7 of the optical path conversion unit 100, and is reflected at a right angle so as to have substantially the same height when viewed from the side.
  • such optical path conversion is performed by connecting the first oblique mirror portions 110-1,..., 110-7 to the core portions 1010-1,.
  • This can be achieved by placing it directly below. That is, as described above, the reflective surfaces of the plurality of first oblique mirror portions 110-1,..., 110-7 are concentric corresponding to the positions of the plurality of core portions 1010-1,. Is arranged.
  • the first oblique mirror units 110-1,..., 110-7 receive the plurality of optical signals emitted from the plurality of core units 1010-1,..., 1010-7, and the optical paths 150-1 of the plurality of optical signals. ,..., 150-7 are reflected so as not to cross each other.
  • the first oblique mirror sections 110-1,..., 110-7 reflect a plurality of optical signals at the same height when viewed from the side surface and obliquely and substantially parallel when viewed from the upper surface.
  • the plurality of optical signals drawn out in this way are reflected downward by the second oblique mirror unit 115 so that the optical paths of the plurality of optical signals are substantially parallel to each other.
  • a plurality of optical signals are optically path-converted by a second oblique mirror unit 115 at a right angle substantially below.
  • the optical signals collected by the second lens units 130-1,..., 130-7 are converted into the elements 3010-1,..., 3010-7 (in this case, the incident unit) of the array optical element unit 3000. ).
  • the above-described optical path is traced in reverse.
  • the optical path conversion unit 100 for performing optical coupling between the optical fiber 1000 and the array optical element unit 3000.
  • the first oblique mirror sections 110-1,..., 110-7 receive a plurality of optical signals at a substantially right angle at the same height when viewed from the side and a plurality of light when viewed from the top.
  • the signal optical paths 150-1,..., 150-7 are reflected so as to be substantially parallel to each other, but the present invention is not limited to such a configuration.
  • the positions (heights) of reflection by the first oblique mirror sections 110-1,..., 110-7 may be different, and the optical paths of the plurality of optical signals may be at least not intersecting each other.
  • the optical signal reflected by the second oblique mirror unit 115 may be incident on each of the elements 3010-1,..., 3010-7 of the array optical element unit 3000, and the first oblique mirror unit 110.
  • the second oblique mirror unit 115 may be configured by a plurality of reflecting surfaces having different heights and angles in accordance with the reflection position (height) and the reflection direction of ⁇ 1,. In this embodiment, since the plurality of optical signals are reflected at the same height when viewed from the side and the optical paths of the plurality of optical signals are substantially parallel to each other, the second oblique mirror unit 115 is reflected. Can be formed as one reflecting surface.
  • Patent Document 1 does not use a general-purpose MCF in which cores are concentrically arranged, and the optical fiber itself is inclined on the optical path conversion device. Is required. Therefore, in the technique of Patent Document 1, the optical module also has a large and costly structure.
  • Patent Document 1 it is difficult to align the optical fiber because the optical fiber itself is inclined and disposed on the optical path conversion device.
  • the optical fiber 1000 is placed on the plane 5001 of the optical module 5000. Since the optical fiber can be aligned while the optical fiber 1000 is placed on the flat surface 5001, there is an advantage that the alignment of the optical fiber is easier than in the prior art.
  • the pitch interval of each element (incident part or outgoing part) 3010-1,..., 3010-7 of the array optical element part 3000 is oblique from the core parts 1010-1,.
  • the pitch interval of the optical path of the optical signal is widened when the interval between the light beams drawn out is wider.
  • this embodiment will be described with reference to FIGS. 8A to 10.
  • the case where the array optical element unit 3000 is a light receiving element will be described as an example.
  • FIG. 8A is a side view of the optical path conversion unit and the array optical element unit according to the second embodiment.
  • FIG. 8B is a top view of the optical path conversion unit and the array optical element unit according to the second embodiment.
  • the first oblique mirror portions 110-1,..., 110-7 are simply shown as rectangles.
  • the pitch interval of each element (here, the incident part) 3010-1,..., 3010-7 of the array optical element part 3000 is obliquely inclined from the core parts 1010-1,. It is wider than the interval between the optical paths 150-1,.
  • the optical path conversion unit 100 includes a second optical path conversion unit 200.
  • the second optical path conversion unit 200 changes the optical path interval of the plurality of optical signals reflected by the second oblique mirror unit 115, and converts the plurality of optical signals into each element 3010-1, ..., 3010-7.
  • the optical signals emitted from the plurality of core portions 1010-1,..., 1010-7 of the optical fiber 1000 are a plurality of first lens portions 120-1,. , 110-7, and then reflected by the first oblique mirror unit 110-1,..., 110-7, and further reflected downward by the second oblique mirror unit 115, as in the first embodiment. Therefore, the description is omitted.
  • a configuration in which the second optical path conversion unit 200 changes the pitch interval of the optical path of the optical signal will be described with reference to FIG.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing the second optical path conversion unit.
  • the second optical path conversion unit 200 includes a concave lens unit 200-1, a convex lens unit 200-3, and a lens unit 230.
  • the concave lens part 200-1 and the convex lens part 200-3 are supported by a frame body 200a.
  • the focal position of the convex lens portion 200-3 and the focal position of the concave lens portion 200-1 are made the same (focal point 300).
  • the condensing lens unit 230 includes a plurality of lens units 230-1, ..., 230-7.
  • optical signal that has fallen substantially parallel and directly below by the second oblique mirror unit 115 of the optical path conversion unit 100 travels so as to spread by the concave lens unit 200-1.
  • these optical signals are narrowed by the convex lens unit 200-3, but the focal position of the convex lens unit 200-3 and the focal position of the concave lens unit 200-1 are the same (focal point 300).
  • the emitted optical signal travels substantially parallel and directly below.
  • the optical signal that has passed through the convex lens part 200-3 is stopped by the lens parts 230-1,..., 230-7, and is incident on the elements 3010-1,..., 3010-7 of the array optical element part 3000.
  • the array optical element unit 3000 is a light-emitting element, the above-described optical path is traced in reverse.
  • the concave lens unit 200-1 and the convex lens unit 200-3 may use cylindrical lenses.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of another example of the second optical path changing unit according to the second embodiment of the present invention.
  • the second optical path conversion unit 210 in this example includes a first prism unit 210-1 having a polygonal shape and a second prism unit 220-3 having a polygonal shape.
  • the first prism unit 210-1 widens the optical path intervals of the plurality of optical signals
  • the second prism unit 220-3 makes the optical paths of the plurality of optical signals substantially parallel to each other. That is, as shown in FIG. 10, the optical signal that has fallen substantially parallel and directly below by the second oblique mirror unit 115 of the optical path conversion unit 100 travels so as to spread by the first prism unit 210-1.
  • the optical signal travels substantially parallel and directly below by the second prism portion 220-3.
  • the beam of the optical signal itself is spread by the lens. It becomes possible to eliminate the influence of narrowing or narrowing.
  • the second optical path conversion unit 200 may be configured with another member such as a diffraction grating or a mirror as long as the optical path of the optical signal is widened and then traveled approximately in parallel.
  • the concave lens portion 200-1 and the convex lens portion 200-3 are supported by the frame body 200a.
  • a part of the optical path conversion unit 100 is cut out without using the frame body 200a. It is also possible to integrally form the second optical path conversion units 200, 210 and the like.
  • the pitch interval of each element (incident part or outgoing part) 3010-1,..., 3010-7 of the array optical element part 3000 is oblique from the core parts 1010-1,. Even when the distance between the optical paths 150-1,..., 150-7 of the optical signal drawn out to the optical signal is wider, the optical fiber 1000 and the array optical element unit 3000 can be optically coupled.
  • the angles of the reflection surfaces of the plurality of first oblique mirror portions 110-1,..., 110-7 are the same, and the second oblique mirror portion 115 is also configured as one reflection surface. Therefore, there is an advantage that the configuration of the first oblique mirror unit 110-1,..., 110-7 and the second oblique mirror unit 115 is simplified.
  • FIG. 11 is a top view of an optical module that is a third embodiment of the present invention and that is applied to a large-capacity optical fiber 1000 when the number of cores is 19.
  • the spacing between the geometrically adjacent core portions 1020-1,..., 1020-19 is made uniform, and the optical signal is transmitted through the core portions 1020-1,. It is preferable to equally suppress optical crosstalk during transmission.
  • 6 core portions are arranged in a regular hexagon, and a regular length equal to the length of the side of the regular hexagon. Twelve core parts are arranged on the dodecagon, and the core parts 1020-19 are arranged so that the centers of the regular hexagon and the regular dodecagon are at the same position.
  • the distance between the core part 1020-19 and the core part 1020-13 and the distance between the core part 1020-13 and the core part 1020-1 are equal to the length of the side of the regular hexagon (on the regular dodecagon). Deploy. Since the triangle formed by the three adjacent core portions is a regular triangle, ⁇ m in FIG. 11 is 60 °.
  • the other core portions are avoided and the linear optical signal is drawn obliquely.
  • the angle ⁇ s drawn obliquely is about 12 ° in the case of 19 cores.
  • the 19 first oblique mirror portions are arranged concentrically corresponding to the positions of the 19 core portions 1020-1,..., 1020-19.
  • the nineteen first oblique mirror portions reflect the plurality of optical signals so that the optical paths of the plurality of optical signals are substantially parallel to each other, but the angle ⁇ s is about 12 °.
  • the angle ⁇ s drawn obliquely is not limited to about 12 °, and can be set within an angle range such that the optical paths of a plurality of optical signals do not intersect each other.
  • the angle ⁇ s that is drawn obliquely from the central axis of the large-capacity optical fiber 1000 as viewed from above is set according to the number of cores, and the optical paths of a plurality of optical signals are drawn out so as not to cross each other. Thereby, the optical coupling between the large-capacity optical fiber 1000 and the array optical element unit 3000 when the number of cores is 19 becomes possible.
  • the pitch interval of each element (incident part or outgoing part) 3010-1,..., 3010-7 of the array optical element part 3000 is oblique from the core parts 1010-1,.
  • Another embodiment is shown in which the pitch interval of the optical path of the optical signal is increased when the interval of the optical path of the optical signal drawn out is wider.
  • the array optical element unit 3000 is a light receiving element will be described as an example.
  • FIG. 12A is a side view of the optical path conversion unit and the array optical element unit according to the fourth embodiment.
  • FIG. 12B is a top view of the optical path conversion unit and the array optical element unit according to the fourth embodiment.
  • the optical path conversion unit 100 corresponds to a plurality of first oblique mirror units 110-1,..., 110-7 and a plurality of first oblique mirror units 110-1,.
  • the optical signals are not drawn obliquely and approximately in parallel from the optical fiber 1000 when viewed from above, and a plurality of second mirrors that are paired with the first oblique mirror portions 110-1,. , 115-7 so that optical signals are incident on the elements (in this case, incident portions) 3010-1,..., 3010-7 of the array optical element unit 3000. is there.
  • a plurality of second oblique mirror sections 115-1,..., 115-7 are arranged in parallel corresponding to the positions of the respective elements 3010-1, ..., 3010-7 of the array optical element section 3000. Is arranged.
  • the optical signal emitted from the optical fiber 1000 is collected by the plurality of first lens units 120-1,..., 120-7 disposed on the upper surface of the optical path conversion unit 100 and enters the optical path conversion unit 100.
  • This optical signal is reflected by the first oblique mirror units 110-1,..., 110-7 of the optical path conversion unit 100, and is reflected so as to have substantially the same height when viewed from the side.
  • such optical path conversion is performed by the first oblique mirror portions 110-1,..., 110- approximately below the core portions 1010-1,. This can be realized by arranging 7.
  • each of the plurality of first oblique mirror portions 110-1,..., 110-7 has a different angle when viewed from the top.
  • the first oblique mirror unit 110-7 includes the second oblique mirror unit 115-7 at the center of the second oblique mirror units 115-1,.
  • the angle at which the optical signal is extracted obliquely is set smaller than the others.
  • the first oblique mirror unit 110-4 reflects toward the outermost second oblique mirror unit 115-4 among the second oblique mirror units 115-1, ..., 115-7.
  • the angle at which the optical signal is extracted obliquely is set to be larger than that in the case of the first oblique mirror unit 110-7.
  • the reflection surfaces of the plurality of first oblique mirror portions 110-1,..., 110-7 are respectively matched with the positions of the corresponding second oblique mirror portions 115-1,. Set the angle.
  • the plurality of first oblique mirror portions 110-1,..., 110-7 widen the intervals of the optical paths 150-1,.
  • the light can be reflected toward the plurality of second oblique mirror portions 115-1,..., 115-7.
  • the plurality of first oblique mirror portions 110-1,..., 110-7 are reflected at the same height when viewed from the side.
  • the optical signals drawn out in the same height as viewed from the side and extending in the direction viewed from the upper surface are optically path-converted almost directly by the plurality of second oblique mirror portions 115-1,..., 115-7. That is, the plurality of second oblique mirror units 115-1,..., 115-7 receive the plurality of optical signals reflected by the plurality of first oblique mirror units 110-1,.
  • the optical signals are reflected so that their optical paths are parallel to each other, and are incident on each element of the array optical element.
  • Such optical path conversion can be realized by giving different angles to the reflecting surfaces of the plurality of second oblique mirror portions 115-1,..., 115-7 when viewed from above.
  • the optical signals reflected by the plurality of second oblique mirror portions 115-1,..., 115-7 are collected by the second lens portions 130-1,. It enters each element 3010-1,..., 3010-7.
  • the array optical element unit 3000 is a light-emitting element, the above-described optical path is traced in reverse.
  • the pitch interval of each element (incident part or outgoing part) 3010-1,..., 3010-7 of the array optical element part 3000 is oblique from the core parts 1010-1,.
  • the optical fiber 1000 and the array optical element can be used without using another member such as the concave lens portion 200-1 and the convex lens portion 200-3 as in the second embodiment.
  • Optical coupling with the unit 3000 is possible. For example, when the distance of the optical path of the optical signal is increased using another member, it is necessary to consider the influence of the coefficient of thermal expansion for each material. However, in this embodiment, it is not necessary to consider such influence.
  • FIG. 13A is a side view of the optical path conversion unit and the array optical element unit according to the fifth embodiment.
  • FIG. 13B is a top view of the optical path conversion unit and the array optical element unit according to the fifth embodiment. In the top view of FIG. 13B, the first oblique mirror portions 110-1,..., 110-7 are simply shown as rectangles.
  • the optical signals emitted from the respective elements (here, the emitting units) 3010-1,..., 3010-7 of the array optical element unit 3000 are converted into the second lens units 130-1,.
  • the light is collected by and travels in the horizontal direction when viewed from the side.
  • the plurality of optical signals are reflected by the plurality of first oblique mirror portions 110-1,..., 110-7.
  • the plurality of optical signals reflected by the plurality of first oblique mirror sections 110-1,..., 110-7 travel so that they are substantially directly above and the optical paths of the plurality of optical signals are substantially parallel to each other.
  • the plurality of optical signals are collected by the plurality of first lens portions 120-1,..., 120-7, and are incident on the plurality of core portions 1010-1,. .
  • the optical fiber 1000 and the array optical element unit 3000 can be optically coupled even when each element 3010-1,..., 3010-7 of the array optical element unit 3000 is the incident part of the edge emitter. become.
  • FIG. 14A is a side view of the optical path conversion unit and the array optical element unit according to the sixth embodiment.
  • FIG. 14B is a top view of the optical path conversion unit and the array optical element unit according to the sixth embodiment.
  • the first oblique mirror portions 110-1,..., 110-7 are simply shown as rectangles.
  • the case where the array optical element unit 3000 is a light receiving element will be described as an example.
  • the second oblique mirror unit 115 of the optical path conversion unit 100 includes an optical path branching unit 117 that branches a plurality of optical signals in two directions.
  • an optical signal is branched into two, one optical signal is incident on the array optical element portion 3000 as a main signal, and the other optical signal is, for example, optical It is processed as a monitor signal such as power.
  • a partial transmission mirror with the transmittance changed as appropriate can be used. Thereby, it is possible to transmit the optical signal as it is and to go straight while reflecting the optical signal.
  • the optical path branching unit 117 only needs to be able to branch an optical signal in two directions, and may be realized by another configuration such as using a mirror.
  • the optical signal emitted from the optical fiber 1000 is collected by the first lens units 120-1,..., 120-7 disposed on the upper surface of the optical path conversion unit 100 and enters the optical path conversion unit 100.
  • This optical signal is reflected by the plurality of first oblique mirror units 110-1,..., 110-7 of the optical path conversion unit 100, and is reflected at a right angle so as to have substantially the same height when viewed from the side.
  • such optical path conversion is performed by a plurality of first oblique mirror portions 110-1,..., Approximately directly below each core portion 1010-1,. This can be realized by arranging 110-7.
  • the optical signal with the same height when viewed from the side and withdrawn substantially in parallel obliquely when viewed from the upper surface is branched by the optical path branching portion 117 of the second oblique mirror portion 115.
  • One of the branched optical signals enters the array optical element unit 3000 as a main signal, and the other optical signal proceeds in the horizontal direction as it is, and can be processed as a monitoring signal such as optical power. Become.
  • this invention is not limited to the above-mentioned Example, Various modifications are included.
  • the above-described embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described.
  • a part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment.
  • optical path conversion unit 110-1,..., 110-7 first oblique mirror unit 111-1,..., 111-3: notch 115: second oblique mirror unit 115-1,. 7: second oblique mirror unit 117: optical path branching unit 200: second optical path conversion unit 210: second optical path conversion unit 1000: large capacity optical fiber 1010-1, ..., 1010-7: core unit 1020-1 ,..., 1020-19: Core part 3000: Array optical element part 3010-1,..., 3010-7: Element 5000: Optical module

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Description

光ファイバと接続する光路変換光結合デバイスおよび光モジュール
　本発明は、光ファイバと接続する光路変換光結合デバイス、および光モジュールに関する。
　光ファイバ通信によるブロードバンド化の結果、大容量デジタル情報の安価な流通が可能となった。そして、これを活用する新たなサービスがさらにブロードバンド化を促し、２年で約２倍の高いレートでインターネットのトラフィック量が成長している。これまで、基幹、メトロ、アクセス系といった数ｋｍ以上の比較的長い距離について大容量のデータを高速でやりとりする光ファイバ網が展開されてきた。今後はさらに、情報通信（ＩＣＴ）機器における装置間（数ｍ～数百ｍ）あるいは装置内（数ｃｍ～数十ｃｍ）といった極めて近距離についても、信号配線を光化する光インタコネクト技術が有効であると考えられる。
　一方、大容量化については、これまで波長多重技術、多値変復調技術を用いた光ファイバの持つ通信容量を拡大する研究開発が行われてきたが、その物理的限界が見え始めている。その限界を打破する技術として、マルチコアファイバ（ＭＣＦ）を用いた光通信技術が期待されている。従来のファイバでは、１つのファイバの中に１つのコアによる伝送チャネルしか持たない。一方、マルチコアファイバは、１つのファイバの中に複数のコアによる伝送チャネルを持っており、大容量・高密度伝送を可能とする伝送媒体として関心を集めている。
　また、このような光通信技術の応用として、社会インフラシステムに加え、ビデオカメラなどの映像機器やパーソナルコンピュータ（ＰＣ）、携帯電話などの民生機器においても、画像高精細化が求められている。これにより、モニタと端末間での映像信号伝送の高速・大容量化、信号伝送線路の光化などが実現されている。このような情報大容量化に伴い、ＩＣＴ装置間／装置内および民生機器などの光インタコネクト実現に向け、小型、低コスト、高密度、大容量に対応した光通信技術、およびそれを実現する光デバイス、モジュール技術が求められている。
　近年、マルチコアファイバなどの用いた大容量ファイバと、小型・高密度伝送を実現する光デバイス、モジュールの研究が行われてきている。特許文献１によれば、ＭＣＦのコアの配置に合うようにグレーティングカプラをレイアウトし、導波路を介してフォトダイオード（ＰＤ）、あるいは変調器と接続する光デバイス（光チップ）が示されている。
特表２０１２－５１４７６８号公報
　従来の構成では、ＭＣＦとの光接続に対し、ＭＣＦのコアの配置に合わせて、カスタムレイアウトした光デバイスが必要となる。また、現在、ＭＣＦは、クロストークの問題から複数のコア間の間隔を均一にしたいという要求から、幾何学的に７コア、１９コアなどの開発が主流である。しかしながら、コアサイズやコア間のピッチなどの配置については各機関の独自設計で開発が行われており、仕様等は統一されていない。そのため、光デバイスのカスタムレイアウトが品種ごとに必要となる。
　したがって、本発明は、汎用的なコア数（７コア、１９コアなど）のＭＣＦと光デバイス（例えば、直線アレイ型）との光接続に関してカスタムレイアウトが必要ない光路変換光結合デバイスおよび光モジュールを提供する。
　上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、同心状に配置された複数のコアを備える光ファイバ用の光路変換光結合デバイスが提供される。当該光路変換光結合デバイスは、前記複数のコアの位置に対応して同心状に配置された複数の第１の斜めミラー部を備え、前記複数の第１の斜めミラー部は、前記複数のコアから出射される、あるいは前記複数のコアに入射する複数の光信号を、当該複数の光信号の光路が互いに交差しないように反射させる。
　また、別の例によれば、同心状に配置された複数のコアを備える光ファイバと、前記光ファイバの前記複数のコアから出射される、あるいは前記複数のコアに入射する複数の光信号の光路を変換する光路変換光結合デバイスと、前記複数の光信号を前記光路変換光結合デバイスから受ける、あるいは前記複数の光信号を前記光路変換光結合デバイスへ出射させる複数の素子が直線状に配置されたアレイ光素子と、を備える光モジュールが提供される。当該光モジュールにおいて、前記光路変換光結合デバイスは、前記複数のコアの位置に対応して同心状に配置された複数の第１の斜めミラー部を備え、前記複数の第１の斜めミラー部は、前記複数のコアから出射される、あるいは前記アレイ光素子から出射される前記複数の光信号を、当該複数の光信号の光路が互いに交差しないように反射させる。
　本発明によれば、ＭＣＦと、光デバイスとの光接続に関してカスタムレイアウトが必要なく、当該光接続を簡易に実現できる。
　本発明に関連する更なる特徴は、本明細書の記述、添付図面から明らかになるものである。また、上記した以外の、課題、構成および効果は、以下の実施例の説明により明らかにされる。
本発明の第１の実施例である光モジュールの例を示す図である。 本発明の第１の実施例である光路変換部の例を示す図である。 本発明の第１の実施例である大容量光ファイバの例を示す図である。 本発明の第１の実施例であるアレイ光素子部の例を示す図である。 本発明の第１の実施例である光路変換部の別の例を示す図である。 本発明の第１の実施例である光モジュールの上面図である。 本発明の第１の実施例である光路変換部とアレイ光素子部を示す側面図である。 本発明の第１の実施例である光路変換部とアレイ光素子部を示す上面図である。 本発明の第２の実施例である光路変換部とアレイ光素子部を示す側面図である。 本発明の第２の実施例である光路変換部とアレイ光素子部を示す上面図である。 第２の光路変換部を示す断面図である。 第２の光路変換部の別の例の断面図である。 本発明の第３の実施例である光モジュールの例を示す図であり、コア数が１９の場合の光モジュールの上面図である。 本発明の第４の実施例である光路変換部とアレイ光素子部を示す側面図である。 本発明の第４の実施例である光路変換部とアレイ光素子部を示す上面図である。 本発明の第５の実施例である光路変換部とアレイ光素子部を示す側面図である。 本発明の第５の実施例である光路変換部とアレイ光素子部を示す上面図である。 本発明の第６の実施例である光路変換部とアレイ光素子部を示す側面図である。 本発明の第６の実施例である光路変換部とアレイ光素子部を示す上面図である。
　以下、添付図面を参照して本発明の実施例について説明する。なお、添付図面は本発明の原理に則った具体的な実施例を示しているが、これらは本発明の理解のためのものであり、決して本発明を限定的に解釈するために用いられるものではない。
＜第１実施例＞
　本実施例では、マルチコアファイバ（ＭＣＦ）である光ファイバと、直線アレイ型のアレイ光素子との光接続を実現する光路変換光結合デバイスの例を説明する。さらに、本実施例では、当該光ファイバとアレイ光素子と光路変換光結合デバイスとを備える光モジュールの例を説明する。
　図１は、本発明の第１の実施例である光モジュールの例である。本実施例による光モジュール５０００は、マルチコアファイバに代表される大容量光ファイバ１０００（以下では、単に「光ファイバ」という）と、光モジュール５０００の内部に配置された光路変換部（光路変換光結合デバイス）１００と、アレイ光素子部（アレイ光素子）３０００とを備える。光モジュール５０００は、光ファイバ１０００と接続されている。本実施例では、光ファイバ１０００は、光モジュール５０００の平面５００１上に配置されている。また、光路変換部１００は、複数の第１の斜めミラー部１１０－１，…，１１０－７を備えている。以下では、光路変換部１００、光ファイバ１０００、アレイ光素子部３０００について、図２、３、及び４を用いて詳しく説明をする。
　図２は、本発明の第１の実施例である第１の光路変換部１００の例である。図１及び３では、大容量光ファイバとして、同心状に配置された７個のコア部１０１０－１，…，１０１０－７を有する光ファイバ１０００を示している。光路変換部１００は、この光ファイバ１０００のコア部１０１０－１，…，１０１０－７に対応する構成を備える。図２に示すように、光路変換部１００は、複数の（７個の）第１の斜めミラー部１１０－１，…，１１０－７と、第２の斜めミラー部１１５とを備える。複数の第１の斜めミラー部１１０－１，…，１１０－７は、複数のコア部１０１０－１，…，１０１０－７の位置に対応して同心状に配置されている。
　光路変換部１００は、光通信に用いる光の波長に対して透過性の良い材料が用いられることが好ましい。例えば、波長１．３μ～１．５μｍの場合には、光路変換部１００は、ガラス、樹脂、Ｓｉなどの半導体、有機材料などにより実現する。また、波長０．８５μｍの場合には、光路変換部１００は、ガラス、樹脂、有機材料などにより実現する。
　図２では、光路変換部１００の複数の第１の斜めミラー部１１０－１，…，１１０－７を、Ｖ字型の溝形状部によって作製した例である。この例では、光路変換部１００において、Ｖ字型の溝形状部が、複数のコア部１０１０－１，…，１０１０－７の位置に対応して同心状に形成されている。ここでは、Ｖ字型の溝形状部を形成する２つの面のうち一方の面が反射面となる。第１の斜めミラー部１１０－１，…，１１０－７のＶ字型の溝形状部の反射面によって複数の光信号が反射される。また、第２の斜めミラー部１１５は、第１の斜めミラー部１１０－１，…，１１０－７によって反射された光信号（あるいは、第１の斜めミラー部１１０－１，…，１１０－７に向かって反射する光信号）の光路に対応する光路変換部１００の面に形成されている。本実施例では、第１の斜めミラー部１１０－１，…，１１０－７が、複数の光信号を同じ高さの位置で且つ複数の光信号の光路が互いに平行になるように反射させるので、第２の斜めミラー部１１５は、１つの反射面として形成されている。なお、後述するように、第２の斜めミラー部１１５は、複数の反射面を備えるように形成されてもよい。
　図３は、本発明の第１の実施例である大容量光ファイバ１０００の例である。光ファイバ１０００は、同心状に配置された複数のコア部１０１０－１，…，１０１０－７を備えている。この図では、複数のコア部１０１０－１，…，１０１０－７が縦方向に延びている。この図では、コア数が７の場合の例を示しているが、後述するように、コア数を１９個にしてもよい。各コア部１０１０－１，…，１０１０－７の位置関係について、詳細には図６を用いて後述する。
　図４は、本発明の第１の実施例であるアレイ光素子部３０００の例である。アレイ光素子部３０００は、受光素子あるいは発光素子のどちらの場合でも本発明に適応することが可能である。本発明のアレイ光素子部３０００は、複数の光信号が入射する、あるいは複数の光信号を出射する複数の素子（入射部あるいは出射部）３０１０－１，…，３０１０－７を備える。複数の素子３０１０－１，…，３０１０－７は、おおよそ直線状に配置されている。ここでは、アレイ光素子部３０００は、汎用的な直線アレイ型の光デバイスである。
　上述したように、アレイ光素子部３０００は、受光素子あるいは発光素子のどちらでも構わない。例えば、アレイ光素子部３０００が受光素子の場合、複数のコア部１０１０－１，…，１０１０－７から出射される複数の光信号が光路変換部１００によって光路が変換されて、光路変換部１００からの複数の光信号をアレイ光素子部３０００によって受けることになる。一方、アレイ光素子部３０００が発光素子の場合、複数の光信号がアレイ光素子部３０００から光路変換部１００へ入射し、それら複数の光信号が光路変換部１００によって光路が変換されて、光路変換部１００からの光信号が複数のコア部１０１０－１，…，１０１０－７に入射することになる。
　図５は、本発明の第１の実施例である光路変換部１００の別の例である。図２の例では、光路変換部１００の複数の第１の斜めミラー部１１０－１，…，１１０－７を、Ｖ字型の溝形状部によって作製した例を示した。図５では、複数の第１の斜めミラー部１１０－１，…，１１０－７を、切り欠き部によって作製する例を示している。図５では、光路変換部１００に複数の切り欠き部１１１－１，…，１１１－３を作製し、これらの切り欠き部１１１－１，…，１１１－３によって出来た面のそれぞれを複数の第１の斜めミラー部１１０－１，…，１１０－７とする。切り欠き部１１１－１，…，１１１－３は、複数の第１の斜めミラー部１１０－１，…，１１０－７が複数のコア部１０１０－１，…，１０１０－７の位置に対応して同心状に配置されるように、形成される。
　このように、光信号の光路変換には、第１の斜めミラー部１１０－１，…，１１０－７と複数のコア部１０１０－１，…，１０１０－７との間の相対的な位置関係が重要である。複数の第１の斜めミラー部１１０－１，…，１１０－７は、複数のコア部１０１０－１，…，１０１０－７の位置に対応して同心状に配置された反射面を少なくとも有していればよい。したがって、光信号が第１の斜めミラー部１１０－１，…，１１０－７において実際に反射する個所（反射面）以外の光路変換部１００の形状については、任意に作製する事が可能である。なお、光路変換部１００の材料として、樹脂あるいは低融点のガラスなどを用いた場合、金型によって製造が可能である。したがって、図２のようなＶ字型の溝形状部や図５のような切り欠き部が形成された金型を用いることによって、光路変換部１００の製造が容易になる。
　また、図５の例においても、第２の斜めミラー部１１５は、第１の斜めミラー部１１０－１，…，１１０－７によって反射された光信号（あるいは、第１の斜めミラー部１１０－１，…，１１０－７に向かって反射する光信号）の光路に対応する光路変換部１００の面に形成されている。光路変換部１００における複数の第１の斜めミラー部１１０－１，…，１１０－７と斜めミラー部１１５は、反射率を上げる方が効率良く好ましいため、第１及び第２の斜めミラー部１１０－１，…，１１０－７及び１１５に金属（アルミニウム、金など）、あるいは誘電体多層膜によるコーティングなどを行ってもよい。なお、図２の光路変換部１００と図５の光路変換部１００において、光信号の光路は同じである。したがって、以下では、斜視図及び断面図等がシンプルになる図５の光路変換部１００を用いて説明を行う。
　図６は、本発明の第１の実施例である光モジュール５０００の上面図である。マルチコアファイバである光ファイバ１０００において、幾何学的に隣接する各コア部１０１０－１，…，１０１０－７間の間隔を均一にして、光信号を各コア部１０１０－１，…，１０１０－７で伝送する際の光クロストークを等しく抑制することが好ましい。この条件を満たすには、例えば、７個のコア部１０１０－１，…，１０１０－７がある場合、コア部１０１０－１，…，１０１０－６を正六角形に配置し、その正六角形の中心にコア部１０１０－７を配置する方法がある。例えば、隣接する３個のコア部１０１０－２，１０１０－３，１０１０－７が形成する三角形は正三角形になるので、図６におけるθｍは６０°となる。
　光路変換を実現する方法を、以下詳細に説明する。ここでは、アレイ光素子部３０００が受光素子の場合を例として説明する。この例では、複数のコア部１０１０－１，…，１０１０－７から出射される複数の光信号が光路変換部１００によって光路が変換されて、光路変換部１００からの複数の光信号をアレイ光素子部３０００の各素子３０１０－１，…，３０１０－７によって受けることになる。光ファイバ１０００を上面から見て、アレイ光素子部３０００に光信号を引き出すには、他のコア部を避け、直線状に斜めに引き出すやり方が考え易い。この斜めに引き出す角度θｓは、７コアの場合では約２０°となる。ここでは、複数の光信号の光路が互いに平行になるように複数の光信号を反射させるために角度θｓを約２０°としているが、光クロストークを抑制する点においては、複数の光信号の光路が互いに交差しないようになっていればよい。したがって、斜めに引き出す角度θｓは、約２０°に限定されず、複数の光信号の光路が互いに交差しないような角度の範囲で設定することができる。
　図７Ａは、本発明の第１の実施例である光路変換部とアレイ光素子部を示す側面図である。また、図７Ｂは、本発明の第１の実施例である光路変換部とアレイ光素子部を示す上面図である。図７Ｂの上面図において、第１の斜めミラー部１１０－１，…，１１０－７は、長方形で簡略的に示されている。
　図７Ａに示すように、光ファイバ１０００の複数のコア部１０１０－１，…，１０１０－７から出射した光信号は、光路変換部１００の上面に配置された複数の第１のレンズ部１２０－１，…，１２０－７で集光される。集光された各光信号は、光路変換部１００の第１の斜めミラー部１１０－１，…，１１０－７で反射され、側面から見て、略同じ高さになるように直角に反射される。
　このような光路変換は、図７Ｂで示すように、第１の斜めミラー部１１０－１，…，１１０－７を、光ファイバ１０００の各コア部１０１０－１，…，１０１０－７の、およそ真下に配置することで実現できる。すなわち、上述したように、複数の第１の斜めミラー部１１０－１，…，１１０－７の反射面は、複数のコア部１０１０－１，…，１０１０－７の位置に対応して同心状に配置されている。第１の斜めミラー部１１０－１，…，１１０－７は、複数のコア部１０１０－１，…，１０１０－７から出射される複数の光信号を、当該複数の光信号の光路１５０－１，…，１５０－７が互いに交差しないように反射させる。本実施例では、第１の斜めミラー部１１０－１，…，１１０－７は、複数の光信号を、側面から見て同じ高さで、且つ上面から見て斜めに概平行に反射させる。このように引き出された複数の光信号は、第２の斜めミラー部１１５によって、下方に、且つ、複数の光信号の光路が互いに略平行になるように反射される。この例では、複数の光信号は、第２の斜めミラー部１１５によって、略真下に直角に光路変換される。そして、第２のレンズ部１３０－１，…，１３０－７で集光された光信号は、アレイ光素子部３０００の各々の素子３０１０－１，…，３０１０－７（この場合は、入射部）に入射する。なお、アレイ光素子部３０００が発光素子の場合も、上述した光路を逆に辿って実現される。以上の構成によって、光ファイバ１０００とアレイ光素子部３０００との光結合を行うための光路変換部１００を提供することが可能となる。
　なお、本実施例では、第１の斜めミラー部１１０－１，…，１１０－７が、複数の光信号を、側面から見て同じ高さで略直角に、且つ上面から見て複数の光信号の光路１５０－１，…，１５０－７が互いに概平行になるように反射させるが、このような構成に限定されない。第１の斜めミラー部１１０－１，…，１１０－７による反射の位置（高さ）は異なってもよいし、複数の光信号の光路が少なくとも互いに交差しなければよい。最終的に、第２の斜めミラー部１１５によって反射された光信号が、アレイ光素子部３０００の各々の素子３０１０－１，…，３０１０－７に入射すればよく、第１の斜めミラー部１１０－１，…，１１０－７の反射の位置（高さ）や反射方向に合わせて、第２の斜めミラー部１１５を高さや角度が異なる複数の反射面で構成すればよい。なお、本実施例では、複数の光信号を、側面から見て同じ高さで、且つ複数の光信号の光路が互いに概平行になるように反射させているので、第２の斜めミラー部１１５を１つの反射面として形成できるという利点がある。
　本実施例によれば、汎用的なコア数（７コア、１９コアなど）のＭＣＦ（光ファイバ１０００）と汎用的な光デバイス（例えば、直線アレイ型のアレイ光素子部３０００）との光接続に関してカスタムレイアウトが必要ない光路変換部１００（光路変換光結合デバイス）を提供することができる。これにより、ＭＣＦと、汎用的な直線アレイ型の光デバイスとの光接続を低損失で、小型で、簡易に実現することができる。
　特に、特許文献１等の従来技術では、同心状にコアが配置された汎用的なＭＣＦを使用しておらず、光ファイバ自体も光路変換デバイスの上に傾斜して配置したりなど、カスタムレイアウトが必要になる。したがって、特許文献１の技術では、光モジュールも大型でコストのかかる構造となる。
　また、特許文献１では、光ファイバ自体も光路変換デバイスの上に傾斜して配置する関係上、光ファイバの調芯なども難しくなる。一方、本実施例によれば、図１に示すように、光ファイバ１０００は、光モジュール５０００の平面５００１上に置く構成となっている。光ファイバ１０００を平面５００１上に置いた状態で光ファイバの調芯が可能となるので、従来に比べて光ファイバの調芯も容易になるという利点もある。
＜第２実施例＞
　本実施例では、アレイ光素子部３０００の各素子（入射部あるいは出射部）３０１０－１，…，３０１０－７のピッチ間隔が光ファイバ１０００のコア部１０１０－１，…，１０１０－７から斜めに引き出した光線の間隔よりも広い場合に、光信号の光路のピッチ間隔を広げる実施例を示している。以下では、本実施例を図８Ａ～図１０を用いて説明する。ここでは、アレイ光素子部３０００が受光素子の場合を例として説明する。
　図８Ａは、第２実施例に係る光路変換部とアレイ光素子部の側面図である。また、図８Ｂは、第２実施例に係る光路変換部とアレイ光素子部の上面図である。なお、図８Ｂの上面図において、第１の斜めミラー部１１０－１，…，１１０－７は、長方形で簡略的に示されている。
　図８Ｂでは、アレイ光素子部３０００の各素子（ここでは、入射部）３０１０－１，…，３０１０－７のピッチ間隔が光ファイバ１０００のコア部１０１０－１，…，１０１０－７から斜めに引き出した光信号の光路１５０－１，…，１５０－７の間隔よりも広くなっている。この場合、図８Ａに示すように、光路変換部１００は、第２の光路変換部２００を備える。第２の光路変換部２００は、第２の斜めミラー部１１５で反射された複数の光信号の光路間隔を変更して、複数の光信号をアレイ光素子部３０００の各々の素子３０１０－１，…，３０１０－７に入射させる。
　光ファイバ１０００の複数のコア部１０１０－１，…，１０１０－７から出射した光信号は、光路変換部１００の上面に配置された複数の第１のレンズ部１２０－１，…，１２０－７で集光され、その後、第１の斜めミラー部１１０－１，…，１１０－７で反射され、さらに、第２の斜めミラー部１１５で下方に反射されることは、第１実施例と同様であるため、説明を省略する。第２の光路変換部２００によって光信号の光路のピッチ間隔を変更する構成を図９を用いて説明する。
　図９は、第２の光路変換部を示す断面図である。第２の光路変換部２００は、凹レンズ部２００－１と、凸レンズ部２００－３と、レンズ部２３０とを備える。凹レンズ部２００－１と凸レンズ部２００－３とは、枠体２００ａによって支持されている。ここで、凸レンズ部２００－３の焦点の位置と凹レンズ部２００－１の焦点の位置を同じにする（焦点３００）。また、集光レンズ部２３０は、複数のレンズ部２３０－１，…，２３０－７を備える。
　光路変換部１００の第２の斜めミラー部１１５によって略平行かつ真下に降りてきた光信号は、凹レンズ部２００－１によって広がるように進む。次に、凸レンズ部２００－３によって、これらの光信号は狭められるが、凸レンズ部２００－３の焦点の位置と凹レンズ部２００－１の焦点の位置が同じになっている（焦点３００）ので、出射した光信号は、略平行かつ真下に進む。
　その後、凸レンズ部２００－３を通過した光信号をレンズ部２３０－１，…，２３０－７によって絞り、アレイ光素子部３０００の各素子３０１０－１，…，３０１０－７に入射させる。なお、アレイ光素子部３０００が発光素子の場合も、上述した光路を逆に辿って実現される。また、この図の奥行き方向に対しては、ビームを広げる必要は無いため、凹レンズ部２００－１及び凸レンズ部２００－３は、シリンドリカルレンズを用いてもよい。
　図１０は、本発明の第２の実施例である第２の光路変換部の別の例の断面図である。この例の第２の光路変換部２１０は、多角形の形状をした第１のプリズム部２１０－１と、多角形の形状をした第２のプリズム部２２０－３とを備える。この例では、第１のプリズム部２１０－１が、複数の光信号の光路間隔を広げて、第２のプリズム部２２０－３が、複数の光信号の光路を互いに略平行にする。すなわち、図１０に示すように、光路変換部１００の第２の斜めミラー部１１５によって略平行かつ真下に降りてきた光信号は、第１のプリズム部２１０－１よって広がるように進む。次に、光信号は、第２のプリズム部２２０－３によって略平行かつ真下に進む。この例では、凹レンズ部２００－１及び凸レンズ部２００－３の代わりに、第１のプリズム部２１０－１及び第２のプリズム部２２０－３を用いることによって、光信号のビーム自体がレンズによって広がったり、狭まったりする影響を無くすことが可能となる。
　なお、光信号の光路を広げた後に略平行に進ませる構成であればよく、回折格子やミラーなどの別の部材で第２の光路変換部２００を構成してもよい。また、上述の実施例では枠体２００ａによって凹レンズ部２００－１と凸レンズ部２００－３を支持されているが、このように枠体２００ａを用いずに、光路変換部１００の一部を切り欠く形で、一体的に第２の光路変換部２００、２１０などを形成することも可能である。
　本実施例では、アレイ光素子部３０００の各素子（入射部あるいは出射部）３０１０－１，…，３０１０－７のピッチ間隔が光ファイバ１０００のコア部１０１０－１，…，１０１０－７から斜めに引き出した光信号の光路１５０－１，…，１５０－７の間隔よりも広い場合においても、光ファイバ１０００とアレイ光素子部３０００との光結合が可能になる。また、本実施例では、複数の第１の斜めミラー部１１０－１，…，１１０－７の反射面の角度の設定が同一であり、第２の斜めミラー部１１５も１つの反射面として構成できるので、第１の斜めミラー部１１０－１，…，１１０－７及び第２の斜めミラー部１１５の構成が簡易になるという利点がある。
＜第３実施例＞
　図１１は、本発明の第３の実施例であり、コア数が１９の場合の大容量光ファイバ１０００に適用する光モジュールの上面図である。
　マルチコアファイバでは、前述した通り、幾何学的に隣接する各コア部１０２０－１，…，１０２０－１９間の間隔を均一にして、光信号を各コア部１０２０－１，…，１０２０－１９で伝送する際の光クロストークを等しく抑制することが好ましい。この条件を満たすには、例えば、１９個のコア部１０２０－１，…，１０２０－１９がある場合、６個のコア部を正六角形に配置し、その正六角形の辺の長さに等しい正十二角形上に１２個のコア部を配置し、正六角形と正十二角形の中心が同じ位置になるように、コア部１０２０－１９を配置する。さらに、コア部１０２０－１９とコア部１０２０－１３の距離、コア部１０２０－１３とコア部１０２０－１の距離が、正六角形（正十二角形上）の辺の長さに等しくなるように配置する。隣接する３個のコア部が形成する三角形は正三角形になるので、図１１におけるθｍは６０°となる。
　図６で示した７コアの場合と同様に、大容量光ファイバ１０００を上面から見て、アレイ光素子部３０００に光信号を引き出すには、他のコア部を避け、直線状に斜めに引き出すやり方が考え易い。この斜めに引き出す角度θｓは、１９コアの場合では約１２°となる。
本実施例では、１９個の第１の斜めミラー部が、１９個のコア部１０２０－１，…，１０２０－１９の位置に対応して同心状に配置される。ここでは、１９個の第１の斜めミラー部が、複数の光信号を複数の光信号の光路が互いに略平行になるように反射させるために、角度θｓを約１２°としているが、光クロストークを抑制する点においては、複数の光信号の光路が互いに交差しないようになっていればよい。したがって、斜めに引き出す角度θｓは、約１２°に限定されず、複数の光信号の光路が互いに交差しないような角度の範囲で設定することができる。
　このように、上面から見て大容量光ファイバ１０００の中心軸からコア数に応じて斜めに引き出す角度θｓを設定し、複数の光信号の光路を互いに交差しないように引き出す。これにより、コア数が１９の場合の大容量光ファイバ１０００とアレイ光素子部３０００との光結合が可能になる。
＜第４実施例＞
　本実施例では、アレイ光素子部３０００の各素子（入射部あるいは出射部）３０１０－１，…，３０１０－７のピッチ間隔が光ファイバ１０００のコア部１０１０－１，…，１０１０－７から斜めに引き出した光信号の光路の間隔よりも広い場合に、光信号の光路のピッチ間隔を広げる別の実施例を示している。ここでは、アレイ光素子部３０００が受光素子の場合を例として説明する。
　図１２Ａは、第４実施例に係る光路変換部とアレイ光素子部の側面図である。また、図１２Ｂは、第４実施例に係る光路変換部とアレイ光素子部の上面図である。この実施例では、光路変換部１００は、複数の第１の斜めミラー部１１０－１，…，１１０－７と、複数の第１の斜めミラー部１１０－１，…，１１０－７に対応する複数の第２の斜めミラー部１１５－１，…，１１５－７とを備える。この例では、上面から見て光ファイバ１０００から斜めに、およそ平行に光信号を引き出すことは行わず、第１の斜めミラー部１１０－１，…，１１０－７と対となる複数の第２の斜めミラー部１１５－１，…，１１５－７を設けることにより、アレイ光素子部３０００の各素子（ここでは、入射部）３０１０－１，…，３０１０－７に光信号を入射させる構成である。
　図１２Ｂに示すように、複数の第２の斜めミラー部１１５－１，…，１１５－７が、アレイ光素子部３０００の各素子３０１０－１，…，３０１０－７の位置に対応して並列に配置されている。光ファイバ１０００から出射した光信号は、光路変換部１００の上面に配置された複数の第１のレンズ部１２０－１，…，１２０－７で集光されて光路変換部１００に入る。この光信号は、光路変換部１００の第１の斜めミラー部１１０－１，…，１１０－７で反射され、側面から見て、略同じ高さになるように反射される。このような光路変換は、図１２で示したように、光ファイバ１０００の各コア部１０１０－１，…，１０１０－７の、およそ真下に第１の斜めミラー部１１０－１，…，１１０－７を配置することで実現できる。
　なお、この例では、複数の第１の斜めミラー部１１０－１，…，１１０－７のそれぞれは、上面から見て異なる角度が付けられている。例えば、図１２Ｂに示すように、第１の斜めミラー部１１０－７は、第２の斜めミラー部１１５－１，…，１１５－７の中で中央にある第２の斜めミラー部１１５－７に向かって反射させるので、光信号を斜めに引き出す角度は他に比べて小さく設定される。一方、第１の斜めミラー部１１０－４は、第２の斜めミラー部１１５－１，…，１１５－７の中で一番外側にある第２の斜めミラー部１１５－４に向かって反射させるので、光信号を斜めに引き出す角度は、第１の斜めミラー部１１０－７の場合と比べて大きく設定される。このように、対応する第２の斜めミラー部１１５－１，…，１１５－７の位置に合わせて、複数の第１の斜めミラー部１１０－１，…，１１０－７のそれぞれの反射面の角度を設定する。このように設定することで、複数の第１の斜めミラー部１１０－１，…，１１０－７は、上面から見て反射した光信号の光路１５０－１，…，１５０－７の間隔を広げて、複数の第２の斜めミラー部１１５－１，…，１１５－７に向かって反射させることができる。
　また、複数の第１の斜めミラー部１１０－１，…，１１０－７は、側面から見て同じ高さで反射される。側面から見て同じ高さでかつ上面から見て広がる方向に引き出された光信号は、複数の第２の斜めミラー部１１５－１，…，１１５－７によって、略真下に光路変換される。すなわち、複数の第２の斜めミラー部１１５－１，…，１１５－７は、複数の第１の斜めミラー部１１０－１，…，１１０－７で反射された複数の光信号を、複数の光信号の光路が互いに平行になるように反射させて、前記アレイ光素子の各素子に入射させる。このような光路変換は、複数の第２の斜めミラー部１１５－１，…，１１５－７のそれぞれの反射面に、上面から見て異なる角度を付けることによって実現できる。複数の第２の斜めミラー部１１５－１，…，１１５－７によって反射された光信号は、第２のレンズ部１３０－１，…，１３０－７で集光され、アレイ光素子部３０００の各素子３０１０－１，…，３０１０－７に入射する。なお、アレイ光素子部３０００が発光素子の場合も、上述した光路を逆に辿って実現される。
　本実施例では、アレイ光素子部３０００の各素子（入射部あるいは出射部）３０１０－１，…，３０１０－７のピッチ間隔が光ファイバ１０００のコア部１０１０－１，…，１０１０－７から斜めに引き出した光信号の光路の間隔よりも広い場合に、第２実施例のように凹レンズ部２００－１及び凸レンズ部２００－３などの別の部材を用いることなく、光ファイバ１０００とアレイ光素子部３０００との光結合が可能になる。例えば、別部材を用いて光信号の光路の間隔を広げる場合、材料ごとの熱膨張率の影響なども考慮する必要があるが、本実施例では、そのような影響を考慮する必要がない。
＜第５実施例＞
　本実施例では、ここでは、アレイ光素子部３０００が発光素子の場合を例として説明する。例えば、アレイ光素子部３０００は、基板４０００上に半田などを介して接合されているエッジエミッタである。図１３Ａは、第５実施例に係る光路変換部とアレイ光素子部の側面図である。また、図１３Ｂは、第５実施例に係る光路変換部とアレイ光素子部の上面図である。なお、図１３Ｂの上面図において、第１の斜めミラー部１１０－１，…，１１０－７は、長方形で簡略的に示されている。
　本実施例では、アレイ光素子部３０００の各素子（ここでは、出射部）３０１０－１，…，３０１０－７から出射した光信号が、第２のレンズ部１３０－１，…，１３０－７で集光され、側面から見て、略横方向に進む。その後、複数の光信号は、複数の第１の斜めミラー部１１０－１，…，１１０－７によって反射される。複数の第１の斜めミラー部１１０－１，…，１１０－７によって反射された複数の光信号は、略真上に、且つ、複数の光信号の光路が互いに略平行になるように進む。その後、複数の光信号は、複数の第１のレンズ部１２０－１，…，１２０－７で集光されて、光ファイバ１０００の複数のコア部１０１０－１，…，１０１０－７に入射する。
　本実施例では、アレイ光素子部３０００の各素子）３０１０－１，…，３０１０－７がエッジエミッタにおける入射部である場合においても、光ファイバ１０００とアレイ光素子部３０００との光結合が可能になる。
＜第６実施例＞
　図１４Ａは、第６実施例に係る光路変換部とアレイ光素子部の側面図である。また、図１４Ｂは、第６実施例に係る光路変換部とアレイ光素子部の上面図である。なお、図１４Ｂの上面図において、第１の斜めミラー部１１０－１，…，１１０－７は、長方形で簡略的に示されている。ここでは、アレイ光素子部３０００が受光素子の場合を例として説明する。
　この実施例では、光路変換部１００の第２の斜めミラー部１１５が、複数の光信号を２つの方向に分岐させる光路分岐部１１７を備える。例えば、光路分岐部１１７を斜めハーフミラー部とすることにより、光信号を２つに分岐させ、一方の光信号は主信号としてアレイ光素子部３０００に入射させ、もう一方の光信号を例えば光パワーなどのモニタ用の信号として処理する。光路分岐部１１７の例としては、透過率を適宜変更した部分透過ミラーを用いることができる。これにより、光信号を反射させつつ、光信号をそのまま透過させて直進させることが可能となる。なお、光路分岐部１１７は２方向に光信号を分岐できればよく、ミラーを用いるなど他の構成によって実現してもよい。
　光ファイバ１０００から出射した光信号は、光路変換部１００の上面に配置された第１のレンズ部１２０－１，…，１２０－７で集光されて、光路変換部１００に入る。この光信号は、光路変換部１００の複数の第１の斜めミラー部１１０－１，…，１１０－７で反射され、側面から見て、略同じ高さになるように直角に反射される。このような光路変換は、図１４Ａで示したように、光ファイバ１０００の各コア部１０１０－１，…，１０１０－７の、およそ真下に複数の第１の斜めミラー部１１０－１，…，１１０－７を配置することで実現できる。このように側面から見て同じ高さで、上面から見て斜めに概平行に引き出された光信号は、第２の斜めミラー部１１５の光路分岐部１１７によって分岐される。分岐された一方の光信号は、主信号としてアレイ光素子部３０００に入射し、もう一方の光信号は、そのまま横方向に進み、例えば光パワーなどのモニタ用の信号として処理することが可能となる。
　なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
１００　　：光路変換部
１１０－１，…，１１０－７　　：第１の斜めミラー部
１１１－１，…，１１１－３　　：切り欠き部
１１５　　：第２の斜めミラー部
１１５－１，…，１１５－７　　：第２の斜めミラー部
１１７　　：光路分岐部
２００　　：第２の光路変換部
２１０　　：第２の光路変換部
１０００　：大容量光ファイバ
１０１０－１，…，１０１０－７　：コア部
１０２０－１，…，１０２０－１９　：コア部
３０００　：アレイ光素子部
３０１０－１，…，３０１０－７　：素子
５０００　：光モジュール

Claims (14)

  1. 　同心状に配置された複数のコアを備える光ファイバ用の光路変換光結合デバイスであって、
    　前記複数のコアの位置に対応して同心状に配置された複数の第１の斜めミラー部を備え、
    　前記複数の第１の斜めミラー部は、前記複数のコアから出射される、あるいは前記複数のコアに入射する複数の光信号を、当該複数の光信号の光路が互いに交差しないように反射させることを特徴とする光路変換光結合デバイス。
  2. 　請求項１に記載の光路変換光結合デバイスにおいて、
    　前記複数の第１の斜めミラー部で反射された複数の光信号を反射させる１つ以上の第２の斜めミラー部を更に備えることを特徴とする光路変換光結合デバイス。
  3. 　請求項２に記載の光路変換光結合デバイスにおいて、
    　前記第２の斜めミラー部で反射された前記複数の光信号の光路間隔を変更する光路変換部を更に備えることを特徴とする光路変換光結合デバイス。
  4. 　請求項３に記載の光路変換光結合デバイスにおいて、
    　前記光路変換部が、凹レンズと凸レンズとを備え、前記凹レンズの焦点の位置及び前記凸レンズの焦点の位置が同じであることを特徴とする光路変換光結合デバイス。
  5. 　請求項３に記載の光路変換光結合デバイスにおいて、
    　前記光路変換部が、前記複数の光信号の光路間隔を広げる第１の多角形プリズムと、前記複数の光信号の光路を互いに平行にする第２の多角形プリズムとを備えることを特徴とする光路変換光結合デバイス。
  6. 　請求項２に記載の光路変換光結合デバイスにおいて、
    　複数の第２の斜めミラー部が、並列に配置されており、
    　前記複数の第１の斜めミラー部は、前記複数の光信号を、前記並列に配置された前記複数の第２の斜めミラー部に向かって反射させ、
    　前記第２の斜めミラー部は、前記複数の第１の斜めミラー部で反射された複数の光信号を、前記複数の光信号の光路が互いに平行になるように反射させることを特徴とする光路変換光結合デバイス。
  7. 　請求項２に記載の光路変換光結合デバイスにおいて、
    　前記第２の斜めミラー部は、前記複数の光信号を２つの方向に分岐させる光路分岐部を備えることを特徴とする光路変換光結合デバイス。
  8. 　同心状に配置された複数のコアを備える光ファイバと、
    　前記光ファイバの前記複数のコアから出射される、あるいは前記複数のコアに入射する複数の光信号の光路を変換する光路変換光結合デバイスと、
    　前記複数の光信号を前記光路変換光結合デバイスから受ける、あるいは前記複数の光信号を前記光路変換光結合デバイスへ出射させる複数の素子が直線状に配置されたアレイ光素子と、
    を備え、
    　前記光路変換光結合デバイスは、前記複数のコアの位置に対応して同心状に配置された複数の第１の斜めミラー部を備え、
    　前記複数の第１の斜めミラー部は、前記複数のコアから出射される、あるいは前記アレイ光素子から出射される前記複数の光信号を、当該複数の光信号の光路が互いに交差しないように反射させることを特徴とする光モジュール。
  9. 　請求項８に記載の光モジュールにおいて、
    　前記光路変換光結合デバイスは、前記複数の第１の斜めミラー部で反射された前記複数の光信号を反射させて、前記複数の光信号を前記アレイ光素子の各素子に入射させる１つ以上の第２の斜めミラー部を更に備えることを特徴とする光モジュール。
  10. 　請求項９に記載の光モジュールにおいて、
    　前記光路変換光結合デバイスは、前記第２の斜めミラー部で反射された前記複数の光信号の光路間隔を変更して、前記複数の光信号を前記アレイ光素子の各素子に入射させる光路変換部を更に備えることを特徴とする光モジュール。
  11. 　請求項１０に記載の光モジュールにおいて、
    　前記光路変換部が、凹レンズと凸レンズとを備え、前記凹レンズの焦点の位置及び前記凸レンズの焦点の位置が同じであることを特徴とする光モジュール。
  12. 　請求項１０に記載の光モジュールにおいて、
    　前記光路変換部が、前記光路変換部が、前記複数の光信号の光路間隔を広げる第１の多角形プリズムと、前記複数の光信号の光路を互いに平行にする第２の多角形プリズムとを備えることを特徴とする光モジュール。
  13. 　請求項９に記載の光モジュールにおいて、
    　複数の第２の斜めミラー部が、前記アレイ光素子の各素子の位置に対応して並列に配置されており、
    　前記複数の第１の斜めミラー部は、前記複数の光信号を、前記並列に配置された前記複数の第２の斜めミラー部に向かって反射させ、
    　前記第２の斜めミラー部は、前記複数の第１の斜めミラー部で反射された複数の光信号を、前記複数の光信号の光路が互いに平行になるように反射させて、前記アレイ光素子の各素子に入射させることを特徴とする光モジュール。
  14. 　請求項９に記載の光モジュールにおいて、
    　前記第２の斜めミラー部は、前記複数の光信号を２つの方向に分岐させる光路分岐部を備え、前記光路分岐部によって分岐された一方の光信号が、前記アレイ光素子の各素子に入射することを特徴とする光モジュール。
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