WO2017195892A1 - 光モジュール - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to an optical module comprising a Si photonics lightwave circuit having a connection with an optical fiber.
  • the Si photonics device is widely used as a semiconductor, and comprises a light wave circuit in which a minute optical waveguide is manufactured using a silicon having a very large refractive index as compared with a silicon oxide film or a polymer as a core material.
  • the optical waveguide made of this Si core has a relative refractive index 10 times higher than that of the conventional PLC, a mode field diameter (MFD) of 1/10 or less, strong micron-order confinement, and a small minimum bending radius ( ⁇ 5 ⁇ m). Therefore, the Si photonics device itself is characterized by being ultra-small as compared with the conventional optical device, and the realization of an optical module such as a small and high-density optical transceiver is expected more than ever.
  • MFD mode field diameter
  • the Si photonics elements and small optical components are often used in combination with other optical fiber pigtail modules such as LD modules, and not only individual modules but also subs There is a need to miniaturize the entire size of a board or a case for accommodating them, for example, a case limited in size such as CFP 2.
  • the Si core of the optical waveguide of the Si photonics device is thinner than the core formed by the SiO 2 film and has a submicron order angle.
  • Such a thin optical waveguide has a large optical coupling loss when directly connected to a normal optical fiber, so it is necessary to expand the mode field diameter of light emitted from the end of the optical waveguide.
  • the Si photonics lightwave circuit is integrated with a radius of curvature of about 5 ⁇ m, the density of functions is increased, and multi-arraying of optical fibers and electric circuits is progressing, while the curvature of optical fibers is, for example, about 15 mm
  • the module group that also includes the external optical fiber routing section.
  • FIG. 11 shows a typical example of a conventional Si photonic device.
  • Two package modules 1102 and 1105 are mounted on the same board 1101.
  • the Si photonics lightwave circuit 1103 is 20 mm square, and is mounted on a 30 mm square package module 1102.
  • the Si photonics lightwave circuit 1103 is connected to the optical fiber array 1106 fixed by the fixed optical fiber two-core ferrule (8 ⁇ 10 mm) 1104 on the right side of the figure.
  • the optical fiber array 1106 fixed by the fixed optical fiber two-core ferrule (8 ⁇ 10 mm) 1104 on the right side of the figure.
  • a means for connecting the two-core optical waveguide of the Si photonics lightwave circuit 1103 to the optical fiber array 1106 a method of fixing an optical fiber ferrule by YAG welding via a lens, a method of soldering a metal coated optical fiber, etc. There is.
  • the optical fiber array 1106 contacts the right optical module 1105. Also, normally, there is no space for passing an optical fiber in the direction perpendicular to the substrate surface of the package modules 1102 and 1105 due to heat radiation, etc., and the package module and the optical fiber can not be overlapped. Therefore, in order to pass the optical fiber as shown in the figure around the package module 1105, the package modules 1102 and 1105 need to be laid out with a certain distance apart in consideration of the curvature 15 mm of the optical fiber. In an example layout, the package modules 1102 and 1105 need to be spaced by 27 mm or more.
  • the present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a high-density mountable optical module having a connection with an optical fiber array.
  • the present invention is an optical module, and it is a Si photonics lightwave circuit having an optical waveguide composed of Si core and SiO 2 clad, wherein the optical waveguide has the emission end face at the emission end face And the center at the exit end face of the optical waveguide is in a direction in which the optical waveguide is inclined relative to the center of the side surface including the exit end face of the Si photonics lightwave circuit It is characterized by comprising a shifted Si photonics lightwave circuit, and an optical fiber block for fixing an optical fiber array at the same oblique angle as the optical waveguide.
  • Another aspect of the present invention is characterized in that the exit end face of the optical waveguide of the Si photonics lightwave circuit is perpendicular to the mounting surface of the Si photonics lightwave circuit.
  • the optical waveguide of the Si photonics lightwave circuit is an optical waveguide array in which a plurality of optical waveguides are arranged in parallel.
  • the optical waveguide of the Si photonics lightwave circuit includes a spot size expanding portion including a tapered portion in which the width of the Si core is narrowed toward the emission end face.
  • Another aspect of the present invention is characterized in that the oblique inclination angle is 5 degrees or more and 50 degrees or less.
  • the optical waveguide of the Si photonics lightwave circuit includes a waveguide having a constant width at the tip of a tapered portion in which the width of the Si core is narrowed toward the emission end face.
  • FIG. 3 is a diagram showing a configuration in which two configurations of FIG. 2 are mounted on the same chassis 301. It is a figure which shows the connection part of the optical waveguide of a Si photonics lightwave circuit, and an optical fiber block. It is a figure which shows the module space
  • FIG. 2 shows an enlarged view of an optical waveguide array of a Si photonics lightwave circuit.
  • FIG. 2 shows a cross-sectional view of an optical waveguide array of a Si photonics lightwave circuit.
  • FIG. 1 shows the configuration of the optical module according to the first embodiment of the present invention.
  • the optical waveguide and the optical waveguide of the 20 mm square Si photonics lightwave circuit 103 in which two 30 mm square package modules 102 and 105 are mounted on the board 101 and mounted on the package module 102.
  • the optical fiber array 106 fixed to the fiber block (15 ⁇ 10 mm) 104 is connected.
  • the emission end face of the optical waveguide of the Si photonics lightwave circuit 103 is a mounting surface of the package module 102 which is a surface in contact with the board 101 and the package module 102 or a Si photonics lightwave in which the package module 102 and the Si photonics lightwave circuit 103 are in contact. It is perpendicular to the mounting surface of the circuit 103.
  • the center waveguide, or the position on the end face of the center between the optical waveguides at both ends is the center of the right side corresponding to the exit end face of the package module 102 as in the configuration of FIG. 15 mm points).
  • the optical waveguide of the Si photonics lightwave circuit 103 is inclined at an appropriate angle, for example, 20 degrees, from the direction perpendicular to the right end face.
  • the optical fiber block 104 is also fixed at an angle of 20 degrees from the direction perpendicular to the end face connecting each optical fiber to the Si photonics lightwave circuit 103.
  • the optical waveguide of the Si photonics lightwave circuit 103 enlarges the MFD at the end face to make the same field diameter as the optical fiber. Therefore, the optical waveguide and the optical fiber of the Si photonics lightwave circuit 103 have the same tilt angle from the direction perpendicular to the connection end face, and connection on the same straight line is possible.
  • the gap between the package modules 102 and 105 can be significantly reduced to 16 mm, which is much smaller than 27 mm in the conventional example shown in FIG. It can be reduced to about half of 30 mm in length.
  • FIG. 2 shows the configuration of an optical module according to Embodiment 2 of the present invention.
  • the optical waveguide and the optical fiber of the 20 mm square Si photonics lightwave circuit 203 in which two 30 mm square package modules 202 and 205 are mounted on the chassis 201 and mounted on the package module 202.
  • the optical fiber array 206 fixed to the block (15 ⁇ 10 mm) 204 is connected.
  • the gap between the packages is further narrowed than the configuration of the first embodiment by shifting the position of the optical waveguide of the Si photonics lightwave circuit from the center of the package module to the inclined side (the upper side in the figure). ing.
  • the center waveguide of the Si photonics lightwave circuit 203 is shifted 5 mm upward from the center of the right side corresponding to the exit end face of the package module 202, and the optical fiber block 204 is similarly shifted 5 mm upward.
  • the distance between the package modules 202 and 205 can be reduced from 16 mm to 11 mm.
  • FIG. 3 shows a configuration in which two configurations shown in FIG. 2 are mounted on the same chassis 301.
  • FIG. 4A shows the connection between the optical waveguide of the Si photonics lightwave circuit and the optical fiber block
  • FIG. 4B shows the module spacing with respect to the oblique inclination angle ⁇ .
  • the results shown in FIG. 4B were calculated by assuming that the oblique inclination angle of the optical waveguide and the optical fiber is ⁇ , the distance from the dotted line of the optical waveguide exit position is X, and the minimum bending radius of the optical fiber is 15 mm.
  • the minimum bending radius of the optical fiber is at least at the bending between the package modules, which is the first two bendings counted from the optical fiber block side along the optical fiber in order to minimize the gap between modules. is there.
  • the module in a chassis such as an actual board or a second-generation CFP2 (one 41.5 mm wide x 106 mm long x 12.4 mm high), which is one of the optical transceiver standards for 100 Gb / s transmission, Even 1 mm may be required to reduce the board size.
  • the optical waveguide is inclined by 50 degrees or more, there is a risk that the optical axis may be shifted due to a change in the thickness of the adhesive layer or the like.
  • the module spacing between the optical modules can be narrowed, which is more advantageous for producing a high density board.
  • FIG. 5A shows the connection between the optical waveguide of the Si photonics lightwave circuit and the optical fiber block
  • FIG. 5B shows the module spacing with respect to the oblique inclination angle ⁇ when the minimum bending radius of the optical fiber is 5 mm.
  • the package modules between the package modules, at least the first two bends counted from the optical fiber block side along the optical fiber in order to minimize the intermodule gap, in which the optical fiber has the minimum bending radius. The same effect as in the case of the minimum bending radius of 15 mm can be obtained.
  • FIG. 6A shows an enlarged view of the optical waveguide array of the Si photonics lightwave circuit.
  • FIG. 6B shows a cross-sectional view of the optical waveguide array of the Si photonics lightwave circuit.
  • An optical waveguide composed of Si core 402 and SiO 2 clad 403 is formed on Si substrate 401, each optical waveguide width is 500 nm, taper length is 100 ⁇ m, and taper tip width is about 160 nm (non-patented) Reference 1).
  • the MFD spreads to 5.0 ⁇ m near the emission end face by this spot size conversion unit.
  • the spot size conversion unit may have glass (here, 6 ⁇ m thick glass) at the tip as shown in FIG. 7A, or may have a shape as shown in FIG. 7B after processing by means such as polishing or dicing. .
  • Non-Patent Document 1 Although a conventional spot size enlargement unit of such a shape has been proposed that is limited to lens coupling in space, such alignment of the optical waveguide array is required because alignment is required for each optical waveguide. It is not easy to apply the structure, and the manufacturing cost is also high (see Non-Patent Document 1).
  • the method using UV bonding and fixing described in the first embodiment has a record of producing a product with up to several tens of silica optical waveguides, and is low cost and highly reliable.
  • FIG. 9 shows the optical waveguide angle dependency of the reflection loss of the Si optical waveguide with an MFD: 1.0 ⁇ m whose spot size is hardly expanded and the optical waveguide of the MFD: 5.0 ⁇ m Si photonics lightwave circuit.
  • the result shown in FIG. 9 is simply calculated by reflection (Gaussian coupling) at the interface between the optical waveguide of the Si photonics lightwave circuit and the adhesive with respect to the incident beam, and adding dB of the Fresnel reflection perpendicular thereto Calculated.
  • the calculation conditions were a wavelength of 1.55 ⁇ m, and an equivalent refractive index of 1.455 at the exit portion of the optical waveguide of the Si photonics lightwave circuit. This is a value determined on the assumption that the reflection loss is 30 dB or more at an oblique inclination angle of 5 degrees in the calculation of the reflection.
  • the refractive index of the UV adhesive was 1.45
  • the MFD of the light emitted from the Si photonics light wave circuit was 5.0 ⁇ m (spot size 2.5 ⁇ m).
  • the reflection loss increases as the MFD is thus expanded.
  • the waveguide angle should be 5 degrees or more, since 30 dB or more is usually desirable.
  • an antireflective film (AR film) is also used to prevent such end face reflection, it is a multilayer film formation in which the refractive index and the film thickness are strictly controlled, which requires cost and time.
  • AR film antireflective film
  • the method of the oblique waveguide of the present invention is excellent in anti-reflection effect at low cost and without wavelength dependency, though lensless and array collective connection is possible.
  • FIG. 10 shows the coupling loss reduction effect by the spot size expansion of the optical waveguide of the Si photonics lightwave circuit.
  • the calculation conditions are: wavelength 1.55 ⁇ m, optical waveguide spot size 2.5 ⁇ m of Si photonics lightwave circuit, optical fiber spot size 4.0 ⁇ m (DSF fiber typical value), distance between Si photonics lightwave circuit-optical fiber is 10 ⁇ m .

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Abstract

光ファイバアレイとの接続を有する、高密度に実装可能な光モジュールを提供すること。ボード（１０１）に２つの３０ｍｍ角のパッケージモジュール（１０２、１０５）が実装され、パッケージモジュール（１０２）に実装された２０ｍｍ角のＳｉフォトニクス光波回路（１０３）の光導波路と光ファイバブロック（１５×１０ｍｍ）（１０４）に固定された光ファイバアレイ（１０６）とが接続されている。また、Ｓｉフォトニクス光波回路（１０３）の光導波路の出射端面は、パッケージモジュール（１０２）の実装面に対して垂直である。本実施形態では、Ｓｉフォトニクス光波回路（１０３）の光導波路を右側端面に垂直な方向から、適当な角度、例えば２０度傾けている。そして、光ファイバブロック（１０４）も、各光ファイバをＳｉフォトニクス光波回路（１０３）と接続する端面に垂直な方向から２０度傾けて固定している。

Description

光モジュール
　本発明は、光ファイバとの接続を有するＳｉフォトニクス光波回路を含む光モジュールに関する。
　現在、Ｓｉフォトニクス素子を用いた光モジュール、例えば、光変調器、光受信機、両者を組み合わせたコヒーレント光サブアッセンブリ（ＣＯＳＡ）等の開発が盛んに行われている。Ｓｉフォトニクス素子は、半導体として広く使用され、シリコン酸化膜やポリマーに比べ屈折率が非常に大きいシリコンをコア材料に用いた微小な光導波路を作製した光波回路からなる。このＳｉコアからなる光導波路は、従来ＰＬＣより比屈折率が１０倍以上高く、モードフィールド径（Ｍｏｄｅ　ｆｉｅｌｄ　ｄｉａｍｅｔｅｒ：ＭＦＤ）は１／１０以下でミクロンオーダの閉じ込めが強く、最小曲げ半径が小さい（～５μｍ）。そのためＳｉフォトニクス素子自体が、従来光デバイスに比べ超小型の特徴があり、従来以上に、小型高密度な光トランシーバ等の光モジュールの実現が期待されている。
　そのＳｉフォトニクス素子、小型光部品は、ＬＤモジュール等、他の光ファイバピグテールモジュールと組み合わせ用いられることが多く、個々のモジュールのみならず、各モジュールを、光ファイバ等で接続し組み合わせて実装するサブボード、あるいはそれらを収容するケース、例えばＣＦＰ２等のサイズに制約のあるケースの、全体の小型化が求められている。
　Ｓｉフォトニクス素子の光導波路のＳｉコアは、ＳｉＯ2膜により形成されたコアより細く、サブミクロンオーダー角である。このような細い光導波路は、通常の光ファイバとそのまま接続すると光結合損失が大きいので、光導波路端から出射される光のモードフィールド径を拡大する必要がある。
　即ち、Ｓｉフォトニクス光波回路内は曲率半径５μｍ程度で集積されて機能の高密度化が進み、光ファイバや電気回路の多アレイ化が進んでいる一方で、光ファイバの曲率は例えば１５ｍｍ程度であり、Ｓｉフォトニクス光波回路を小型すると共に、外部光ファイバの取り回し部も含むモジュール群も同様に小型にする必要がある。
　図１１に、従来のＳｉフォトニクス素子の典型例を示す。同一のボード１１０１に２つのパッケージモジュール１１０２、１１０５が実装されている。ここではＳｉフォトニクス光波回路１１０３は２０ｍｍ角であり、３０ｍｍ角のパッケージモジュール１１０２に実装されている。そしてＳｉフォトニクス光波回路１１０３から図右側で、固定した光ファイバ２心フェルール（８×１０ｍｍ）１１０４で固定された光ファイバアレイ１１０６と接続している。Ｓｉフォトニクス光波回路１１０３の２心の光導波路を光ファイバアレイ１１０６と接続する手段としては、レンズを介してＹＡＧ溶接で光ファイバフェルールを固定する方法や、メタルコートした光ファイバを半田固定する方法等がある。
Jaime Cardenas, "High Coupling Efficiency Etched Facet Tapers in Silicon Waveguides," IEEE Photon. Lett., Vol.26, p.2380, 2014.
　ここでＳｉフォトニクス光波回路１１０３の光導波路は右側辺に垂直であり、光ファイバアレイ１１０６も右側辺に対して垂直に接続されているため、光ファイバアレイ１１０６が右側光モジュール１１０５と接触する。また、通常、放熱等でパッケージモジュール１１０２、１１０５の基板面に対して垂直方向には光ファイバを通すための空間はなく、パッケージモジュールと光ファイバとは重ねられない。そのため、光ファイバを図のようにパッケージモジュール１１０５の周囲を通すためには、光ファイバの曲率１５ｍｍも考慮して、パッケージモジュール１１０２、１１０５は一定距離離してレイアウトする必要がある。レイアウトの一例では、パッケージモジュール１１０２、１１０５間は２７ｍｍ以上の間隔を空ける必要があった。
　このように、従来、Ｓｉフォトニクス光波回路を含むモジュールに光ファイバを接続する場合、モジュール間の間隙がモジュールサイズと同程度に大きく、これらモジュールを小型にレイアウトできないという課題があった。
　本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、光ファイバアレイとの接続を有する、高密度に実装可能な光モジュールを提供することにある。
　上記の課題を解決するために、本発明は、光モジュールであって、ＳｉコアおよびＳｉＯ2クラッドからなる光導波路を有するＳｉフォトニクス光波回路であって、前記光導波路は、出射端面において前記出射端面に垂直な方向に対して斜め傾け角度を有し、前記光導波路の前記出射端面における中心は、前記Ｓｉフォトニクス光波回路の前記出射端面を含む側面の中心よりも前記光導波路が傾いている方向にシフトしている、Ｓｉフォトニクス光波回路と、前記光導波路と同じ斜め傾け角度で光ファイバアレイを固定する光ファイバブロックと、を備えたことを特徴とする。
　本発明の別の態様では、前記Ｓｉフォトニクス光波回路の前記光導波路の出射端面は、前記Ｓｉフォトニクス光波回路の実装面に対して垂直であることを特徴とする。
　本発明の別の態様では、前記Ｓｉフォトニクス光波回路の前記光導波路は、複数の光導波路が平行に配置された光導波路アレイであることを特徴とする。
　本発明の別の態様では、前記Ｓｉフォトニクス光波回路の前記光導波路は、前記Ｓｉコアの幅が前記出射端面に向けて細くなるテーパ部からなるスポットサイズ拡大部を含むことを特徴とする。
　本発明の別の態様では、前記斜め傾け角度は、５度以上５０度以下であることを特徴とする。
　本発明の別の態様では、前記Ｓｉフォトニクス光波回路の前記光導波路は、前記Ｓｉコアの幅が前記出射端面に向けて細くなるテーパ部の先端に幅が一定な導波路を備えることを特徴とする。
　本発明では、光ファイバアレイとの接続を有する光モジュールを高密度に実装することが可能になる。
本発明の実施形態１に係る光モジュールの構成を示す図である。 本発明の実施形態２に係る光モジュールの構成を示す図である。 図２の構成を２つ同一シャーシ３０１上に実装した構成を示す図である。 Ｓｉフォトニクス光波回路の光導波路と光ファイバブロックの接続部を示す図である。 光ファイバの最小曲げ半径を１５ｍｍとした場合の斜め傾け角度θに対するモジュール間隔を示す図である。 Ｓｉフォトニクス光波回路の光導波路と光ファイバブロックの接続部を示す図である。 光ファイバの最小曲げ半径を５ｍｍとした場合の斜め傾け角度θに対するモジュール間隔を示す図である。 Ｓｉフォトニクス光波回路の光導波路アレイの拡大図を示す図である。 Ｓｉフォトニクス光波回路の光導波路アレイの断面図を示す図である。 スポットサイズ変換部の構成を示す図である。 スポットサイズ変換部の構成を示す図である。 テーパ先端に幅が一定な構造を有するスポットサイズ変換部の構成を示す図である。 テーパ先端に幅が一定な構造を有するスポットサイズ変換部の構成を示す図である。 ＭＦＤ：１．０μｍのＳｉ光導波路と、ＭＦＤ：５．０μｍのＳｉフォトニクス光波回路の光導波路との反射損失の光導波路角度依存性を示す図である。 Ｓｉフォトニクス光波回路の光導波路のスポットサイズ拡大による結合損失低減効果を示す図である。 従来のＳｉフォトニクス素子の典型例を示す図である。
　以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
　（実施形態１）
　図１に、本発明の実施形態１に係る光モジュールの構成を示す。本実施形態では、図１１の構成と同様に、ボード１０１に２つの３０ｍｍ角のパッケージモジュール１０２、１０５が実装され、パッケージモジュール１０２に実装された２０ｍｍ角のＳｉフォトニクス光波回路１０３の光導波路と光ファイバブロック（１５×１０ｍｍ）１０４に固定された光ファイバアレイ１０６とが接続されている。また、Ｓｉフォトニクス光波回路１０３の光導波路の出射端面は、ボード１０１とパッケージモジュール１０２が接する面であるパッケージモジュール１０２の実装面、又は、パッケージモジュール１０２とＳｉフォトニクス光波回路１０３とが接するＳｉフォトニクス光波回路１０３の実装面に対して垂直である。ここで中心導波路、又は両端の光導波路間の中心の端面上の位置は、従来例との比較のため、図１１の構成と同様にパッケージモジュール１０２の出射端面にあたる右側辺の中心（上下から１５ｍｍの点）とした。
　一方、本実施形態では、Ｓｉフォトニクス光波回路１０３の光導波路を右側端面に垂直な方向から、適当な角度、例えば２０度傾けている。そして、光ファイバブロック１０４も、各光ファイバをＳｉフォトニクス光波回路１０３と接続する端面に垂直な方向から２０度傾けて固定している。
　後述のように、ここでＳｉフォトニクス光波回路１０３の光導波路は端面でＭＦＤを拡大し、光ファイバと同じフィールド径にしている。そのため、Ｓｉフォトニクス光波回路１０３の光導波路と光ファイバは、接続端面に垂直な方向から同一傾け角度を有し、同一直線上での接続が可能である。このようなＳｉフォトニクス光波回路１０３、光ファイバブロック１０４を用いることにより、パッケージモジュール１０２、１０５間のパッケージ間のギャップは１６ｍｍと、図１１に示す従来例の２７ｍｍに比べ大幅に低減でき、パッケージモジュール長３０ｍｍの約半分に低減することができる。
　（実施形態２）
　図２に、本発明の実施形態２に係る光モジュールの構成を示す。本実施形態では、実施形態１と同様に、シャーシ２０１に２つの３０ｍｍ角のパッケージモジュール２０２、２０５が実装され、パッケージモジュール２０２に実装された２０ｍｍ角のＳｉフォトニクス光波回路２０３の光導波路と光ファイバブロック（１５×１０ｍｍ）２０４に固定された光ファイバアレイ２０６とが接続されている。
　実施形態２では、Ｓｉフォトニクス光波回路の光導波路位置をパッケージモジュール中央付近から光導波路を傾けた側（図上側）にシフトさせることによって、実施形態１の構成よりもさらにパッケージ間のギャップを狭くしている。図２に示すように、Ｓｉフォトニクス光波回路２０３の中心導波路を、パッケージモジュール２０２の出射端面にあたる右側辺の中心から図上側に５ｍｍシフトさせ、光ファイバブロック２０４も同様に図上側に５ｍｍシフトさせた。これにより、パッケージモジュール２０２、２０５間は１６ｍｍから１１ｍｍに短縮できる。
　図３に、図２の構成を２つ同一シャーシ３０１上に実装した構成を示す。このように、本発明の光モジュールを用いることにより、より高密度な実装が可能になる。
　ここで図４Ａに、Ｓｉフォトニクス光波回路の光導波路と光ファイバブロックの接続部を示し、図４Ｂに、斜め傾け角度θに対するモジュール間隔を示す。図４Ｂの結果は、光導波路および光ファイバの斜め傾け角度をθ、光導波路出射位置の点線からの距離をＸとし、光ファイバの最小曲げ半径を１５ｍｍとして計算によって求めた。光ファイバが最小曲げ半径をもつのは、モジュール間ギャップを最小化するため、少なくとも、光ファイバブロック側から光ファイバに沿って数えて最初の２箇所の曲げである、パッケージモジュール間の曲げにおいてである。図１に示す構成はＸ＝０ｍｍ、θ＝２０度に対応し、図２に示す構成はＸ＝５ｍｍ、θ＝２０度に対応する。
　ここで実際のボードや１００Ｇｂ／ｓ伝送用の光トランシーバ規格の一つである第２世代のＣＦＰ２（幅４１．５ｍｍ×長さ１０６ｍｍ×高さ１２．４ｍｍ）といったシャーシにモジュールを納めるには、１ｍｍでもボードサイズを低減するよう要請されることもある。図４Ｂに示す通り、パッケージモジュールの中心位置（Ｘ＝０ｍｍ）からシフトし、光導波路出射位置のシフト方向と同一方向に光導波路を傾けた場合に光モジュール間隔を低減することが可能である。さらに、５度以上に光導波路を傾けることが小型化のためにはより好適である。
　一方、５０度以上、光導波路が傾いていると、接着層厚の変動等により光軸ズレにつながるリスクがある。
　そのため、光導波路角度については、５度から５０度傾けることにより、光モジュール間のモジュール間隔を狭めることができ、高密度ボードを作製するのにより有利である。
　図５Ａに、Ｓｉフォトニクス光波回路の光導波路と光ファイバブロックの接続部を示し、図５Ｂに、光ファイバの最小曲げ半径を５ｍｍとした場合の斜め傾け角度θに対するモジュール間隔を示す。この場合も、光ファイバが最小曲げ半径をもつのは、モジュール間ギャップを最小化するため、少なくとも、光ファイバブロック側から光ファイバに沿って数えて最初の２箇所の曲げである、パッケージモジュール間の曲げにおいてであり、最小曲げ半径が１５ｍｍの場合と同様の効果が得られる。
　＜スポットサイズ変換部＞
　図６Ａに、Ｓｉフォトニクス光波回路の光導波路アレイの拡大図を示す。また、図６ＢにＳｉフォトニクス光波回路の光導波路アレイの断面図を示す。Ｓｉ基板４０１上にＳｉコア４０２、ＳｉＯ2クラッド４０３からなる光導波路が形成されており、各光導波路幅は、５００ｎｍ、テーパ部長は１００μｍ、テーパ部の先端の幅は約１６０ｎｍである（非特許文献１参照）。このスポットサイズ変換部により、出射端面付近でＭＦＤは、５．０μｍに広がる。
　尚、このスポットサイズ変換部は、図７Ａのように先端にガラス（ここでは６μｍ厚ガラス）があってもよいし、研磨、あるいはダイシング等の手段で加工して図７Ｂのような形状でもよい。
　但し、図７Ｂのような構造の場合、加工位置のばらつきにより、端面位置にばらつきが生じると、それに伴ってテーパ先端幅にもばらつきが生じて、出射ＭＦＤがばらつくリスクがある。そこで、図８Ａに示すようにテーパ先端に幅が一定な構造を設ける。このような構造では、幅が一定な構造部分において研磨等の加工をすれば、右側からの削り深さにばらつきがあっても、加工後の出射端面における光導波路の幅は一定になる。この構造では、加工位置にばらつきがあってもＭＦＤが設計値からずれない、スポットサイズ拡大が可能である。
　従来のこのような形状のスポットサイズ拡大部は、空間のレンズ結合に限ったものは提案されているが、光導波路毎に調心等が必要になるため、光導波路アレイに対してこのような構造を適用するのは容易ではなく、製造コストも高くなる（非特許文献１参照）。
　それに対して実施形態１に記載した、ＵＶ接着固定を用いた方法は、石英系光導波路でも数十心までの商品を製造した実績があり、低コストで高信頼である。
　＜Ｓｉフォトニクス光波回路－光ファイバ、斜め導波路、反射防止効果＞
　このスポットサイズ拡大の効果は、反射損失を高くして有害な反射戻り光を抑える効果もある。図９に、スポットサイズがほとんど拡大されていないＭＦＤ：１．０μｍのＳｉ光導波路と、ＭＦＤ：５．０μｍのＳｉフォトニクス光波回路の光導波路との反射損失の光導波路角度依存性を示す。図９に示す結果は、単純に、入射ビームに対する反射ビームを、Ｓｉフォトニクス光波回路の光導波路と接着剤との界面での反射（ガウス結合）で計算し、それに垂直のフレネル反射をｄＢ加算して算出したものである。
　計算条件は、波長１．５５μｍ、Ｓｉフォトニクス光波回路の光導波路の出射部での等価屈折率１．４５５とした。これは、反射の計算において、斜め傾き角度が５度で反射損が３０ｄＢ以上になると仮定して決めた値である。また、ＵＶ接着剤の屈折率は１．４５、Ｓｉフォトニクス光波回路からの出射のＭＦＤは５．０μｍ（スポットサイズ２．５μｍ）とした。
　このようにＭＦＤを拡大すると反射損が増大する。通常３０ｄＢ以上が望ましいため、導波路角度は５度以上が必要である。
　このような端面の反射防止には、反射防止膜（ＡＲ膜）も用いられるが、屈折率と膜厚を厳密に制御した多層膜形成であり、コストと時間を要する。加えて、波長依存性もあるため、使用波長帯に合わせた薄膜を形成する必要がある。これに対し、本発明の斜め導波路の方法は、レンズレスで、かつアレイ一括接続が可能でありながら、低コストで波長依存性のない優れた反射防止効果を奏する。
　＜Ｓｉフォトニクス光波回路－光ファイバ、ＳＳＣ拡大、損失低減効果＞
　図１０に、Ｓｉフォトニクス光波回路の光導波路のスポットサイズ拡大による結合損失低減効果を示す。計算条件は、波長１．５５μｍ、Ｓｉフォトニクス光波回路の光導波路スポットサイズ２．５μｍ、光ファイバスポットサイズ４．０μｍ（ＤＳＦファイバ典型値）、Ｓｉフォトニクス光波回路－光ファイバ間の間隔は１０μｍとした。このようにスポットサイズを拡大することにより、結合損失を大幅に低減することができる。
　１０１　ボード
　１０２、１０５　パッケージモジュール
　１０３　Ｓｉフォトニクス光波回路
　１０４　光ファイバブロック
　１０６　光ファイバアレイ
　２０１、３０１－１、３０２－２　シャーシ
　２０２、２０５、３０２－１、３０２－２、３０５－１、３０５－２　パッケージモジュール
　２０３、３０３－１、３０３－２　Ｓｉフォトニクス光波回路
　２０４、３０４－１、３０４－２　光ファイバブロック
　２０６、３０６－１、３０６－２　光ファイバアレイ
　４０１　Ｓｉ基板
　４０２　Ｓｉコア
　４０３　ＳｉＯ2クラッド
　１１０１　ボード
　１１０２、１１０５　パッケージモジュール
　１１０３　Ｓｉフォトニクス光波回路
　１１０４　光ファイバブロック
　１１０６　光ファイバアレイ

Claims (6)

  1. 　ＳｉコアおよびＳｉＯ2クラッドからなる光導波路を有するＳｉフォトニクス光波回路であって、前記光導波路は、出射端面において前記出射端面に垂直な方向に対して斜め傾け角度を有し、前記光導波路の前記出射端面における中心は、前記Ｓｉフォトニクス光波回路の前記出射端面を含む側面の中心よりも前記光導波路が傾いている方向にシフトしている、Ｓｉフォトニクス光波回路と、
    　前記光導波路と同じ斜め傾け角度で光ファイバアレイを固定する光ファイバブロックと、
    　を備えたことを特徴とする光モジュール。
  2. 　前記Ｓｉフォトニクス光波回路の前記光導波路の出射端面は、前記Ｓｉフォトニクス光波回路の実装面に対して垂直であることを特徴とする請求項１記載の光モジュール。
  3. 　前記Ｓｉフォトニクス光波回路の前記光導波路は、複数の光導波路が平行に配置された光導波路アレイであることを特徴とする請求項１又は２に記載の光モジュール。
  4. 　前記Ｓｉフォトニクス光波回路の前記光導波路は、前記Ｓｉコアの幅が前記出射端面に向けて細くなるテーパ部からなるスポットサイズ拡大部を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の光モジュール。
  5. 　前記斜め傾け角度は、５度以上５０度以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光モジュール。
  6. 　前記Ｓｉフォトニクス光波回路の前記光導波路は、前記Ｓｉコアの幅が前記出射端面に向けて細くなるテーパ部の先端に幅が一定な導波路を備えることを特徴とする請求項４に記載の光モジュール。
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