(57)【要約】【課題】  追加の部品または特別設計の素子を用いる場合と比べ、容易に製造できる光伝送装置を提供する。【解決手段】  本光伝送装置は、光を受光する受光素子２と、コア３、コア３に隣接するクラッド４、および受光素子２に向けて光を出射するクラッドの部分に形成された光を拡散させる窪み部５を有する光導波路６とを備える。窪み部５は、凹レンズ効果により光ビームを拡散して受光素子２の受光面２１に照射する。受光面２１に照射されるスポット径は、窪み部５の曲率半径を調整することで変えることができる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を受光する受光素子と、コア、前記コアに隣接するクラッド、および前記受光素子に向けて光を出射する前記コアまたはクラッドの部分に形成された光を拡散させる窪み部を有する光導波路とを備えた光伝送装置。
【請求項２】
前記コアの端部が傾斜面を有し、前記コアの傾斜面で反射された光を出射する前記クラッドの部分に前記窪み部が形成された請求項１記載の光伝送装置。
【請求項３】
光を出射する前記コアの端部に前記窪み部が形成された請求項１記載の光伝送装置。
【請求項４】
光を受光する受光素子と、コア、前記コアに隣接するクラッド、および前記受光素子に向けて光を出射する前記コアの端部または前記クラッドの部分に設けられた前記コア側に窪んだ窪み部を有する光導波路とを備えた光伝送装置。
【請求項５】
前記窪み部の開口面の大きさが、前記受光素子の受光面の大きさよりも大きい請求項１〜４のいずれかに記載の光伝送装置。
【請求項６】
端部に傾斜面を有するコアと、前記コアに隣接し前記コアの傾斜面で反射された光が出射する部分に光を拡散させる窪み部を有するクラッドとを備えた光導波路。
【請求項７】
光を出射する端部に光を拡散させる窪み部が形成されたコアと、前記コアに隣接するクラッドとを備えた光導波路。
【請求項８】
光を受光する受光素子と、光を発光する発光素子と、コア、前記コアに隣接するクラッド、および前記受光素子に向けて光を出射する前記コアまたはクラッドの部分に形成された光を拡散させる窪み部を一方の端に有し、他方の端に前記発光素子からの光を受光する受光面を有する光導波路とを備えた光伝送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光伝送装置及び光導波路に関する。
【背景技術】
【０００２】
光伝送媒体と光素子とを含む光モジュール等の伝送装置は種々の分野で使用されるようになってきている。例えば携帯電話などの分野では、モバイル機器内の短距離伝送のスピード要求の増大や電磁ノイズ対策の解決手段として、内部回路間の信号伝送を光化するニーズが強まっている。
【０００３】
これに関連して、特許文献１には、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）チップとレンズと光ファイバとを有し、光ファイバから出射される光がＡＰＤチップ上の受光部に受光径の５０％以上のスポット径で照射されるように調整する半導体受光モジュールが記載されている。特許文献２には、光ファイバ、光ファイバからの出射光を集光するためのレンズ、レンズで集光された光を受光しこれを電気信号に変換するフォトダイオードＰＤを含むアナログＰＤモジュールにおいて、光ファイバ端とレンズ間の距離をＺとし、最大受光感度を与える範囲の中心点までの距離をＺ０として、これよりレンズに近い領域において、ＰＤの二次歪みＩＭＤ２が所定の値以下になる点Ｚ１（Ｚ１＜Ｚ０）にファイバ端が固定されているアナログＰＤモジュールが記載されている。特許文献３には、受光素子の光吸収層としてＩｎｘＧａ１−ｘＡｓｙＰ１−ｙ層（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）を有し、その層厚Ｌａを１.２μｍ≦Ｌａ≦１.８μｍとし、あるいは、半導体基板上の第１成長層であるバッファ層の層厚Ｗｂを０.０５μｍ≦Ｗｂ≦１.８μｍとした半導体面型受光素子が記載されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平６−２１４８５号公報
【特許文献２】特開平８−１８０７７号公報
【特許文献３】特開平１１−１７２１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、追加の部品または特別設計の素子を用いる場合と比べ、容易に製造できる光伝送装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記目的を達成するために、以下の光伝送装置および光導波路を提供する。
（１）光を受光する受光素子と、コア、前記コアに隣接するクラッド、および前記受光素子に向けて光を出射する前記コアまたはクラッドの部分に形成された光を拡散させる窪み部を有する光導波路とを備えた光伝送装置。
（２）前記コアの端部が傾斜面を有し、前記コアの傾斜面で反射された光を出射する前記クラッドの部分に前記窪み部が形成された上記（１）記載の光伝送装置。
（３）光を出射する前記コアの端部に前記窪み部が形成された上記（１）記載の光伝送装置。
（４）光を受光する受光素子と、コア、前記コアに隣接するクラッド、および前記受光素子に向けて光を出射する前記コアの端部または前記クラッドの部分に設けられた前記コア側に窪んだ窪み部を有する光導波路とを備えた光伝送装置。
（５）前記窪み部の開口面の大きさが、前記受光素子の受光面の大きさよりも大きい上記（１）〜（４）のいずれかに記載の光伝送装置。
（６）端部に傾斜面を有するコアと、前記コアに隣接し前記コアの傾斜面で反射された光が出射する部分に光を拡散させる窪み部を有するクラッドとを備えた光導波路。
（７）光を出射する端部に光を拡散させる窪み部が形成されたコアと、前記コアに隣接するクラッドとを備えた光導波路。
（８）光を受光する受光素子と、光を発光する発光素子と、コア、前記コアに隣接するクラッド、および前記受光素子に向けて光を出射する前記コアまたはクラッドの部分に形成された光を拡散させる窪み部を一方の端に有し、他方の端に前記発光素子からの光を受光する受光面を有する光導波路とを備えた光伝送装置。
【発明の効果】
【０００７】
請求項１に係る光伝送装置によれば、追加の部品または特別設計の素子を用いる場合と比べ、容易に製造できる。
請求項２に係る光伝送装置によれば、受光素子を光導波路に並行して配置することができる。
請求項３に係る光伝送装置によれば、光導波路の端部に傾斜面を設けることなく受光素子を配置することができる。
請求項４に係る光伝送装置によれば、追加の部品または特別設計の素子を用いる場合と比べ、容易に製造できる。
請求項５に係る光伝送装置によれば、受光素子の受光面が光導波路に接触して損傷するおそれを軽減でき、信頼性および歩留まりを向上させることができる。
請求項６に係る光導波路によれば、受光素子で受光されるときに生ずる信号歪を低減することができるレンズ機能が一体化した光導波路を提供することができる。
請求項７に係る光導波路によれば、受光素子で受光されるときに生ずる信号歪を低減することができるレンズ機能が一体化した光導波路を提供することができる。
請求項８に係る光伝送装置によれば、追加の部品または特別設計の素子を用いる場合と比べ、容易に製造できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１は、本発明に係る光伝送装置の一実施例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。図示のように、光伝送装置１は、光を受光する受光素子２と、コア３、コア３に隣接するクラッド４、および受光素子２に向けて光を出射するクラッドの部分に形成された光を拡散させる窪み部５を有する光導波路６とを備える。窪み部５はコア３側に窪んでいる。本例の光導波路６の両端部は、例えば４５度の傾斜面が形成されるが、傾斜面の角度はこれに限定されない。また、後述のように光導波路６の両端部に傾斜面を設けない構成とすることもできる。本例では、光導波路６の一端には受光素子２が設けられ、他端には発光素子７が設けられる。受光素子２は例えばフォトダイオード（ＰＤ）である。また、発光素子７は例えば出射光のスポット径が円形となるＶＣＳＥＬ等の面発光レーザである。しかし各素子はこれらに限定されない。
【０００９】
発光素子７から出射された光は、光導波路６の受光面で受光されコア３の傾斜面８で反射され、光伝達経路１０に沿ってコア３中を進み、反対側のコア３の傾斜面９で反射され、反射された光ビームはクラッド４に形成された窪み部５の凹レンズ効果により拡散されて受光素子２で受光される。ここで発光素子７は必須ではなく、光導波路６に光を導入する別の手段、例えば別の光導波路や光ファイバ等を設けるようにしてもよい。なお、本実施例では、光導波路６のコア３は一本であるが、コア３の本数はこれに限定されず、複数本設けることもできる。この場合、該当箇所にそれぞれ窪み部５、受光素子２等が配置される。また、図示はしないが、受光素子２には例えば増幅器等の電気回路が接続され、発光素子７には駆動回路等の電気回路が接続される。
【００１０】
図２は、図１の実施例における光導波路の端部と受光素子間の光結合の一例を説明するための図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は受光素子の平面図である。図示のようにコア３中を光伝達経路１０に沿って進む光は、コア３の端面に形成された傾斜面９で反射され、クラッド４に形成された窪み部５を介して受光素子２で受光される。このとき、窪み部５は、凹レンズ効果により光ビームを拡散して受光素子２の受光面２１に照射する。このように本例ではレンズ機能が光導波路と一体化している。受光面２１に照射されるスポット径は、窪み部５の曲率半径を調整することで変えることができる。窪み部５を介して出射された光が受光面２１上で形成するスポット径２３は、好適には受光素子２の受光径２２の１／２以上とされる。本例では、窪み部５の開口面１１と受光素子２の受光面２１とは間隔を開けて配置しているが、両者を密着することもできる。
【００１１】
図３は、窪み部がない場合の光導波路の端部と受光素子間の光結合の一例を説明するための図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は受光素子の平面図である。図示のようにコア３中を光伝達経路１０に沿って進む光は、コア３の端面に形成された傾斜面９で反射され、窪み部のないクラッド４を介して受光素子２で受光される。このとき、窪み部がないため、光ビームは拡散することなく受光素子２の受光面２１に照射される。したがって、スポット径２３は図２の場合に比べて小さい。
【００１２】
例えば、受光素子２の受光径２２が１５０μｍでコア３のコア径が５０μｍの場合、図３に示すように窪み部がないときは、光導波路６から出射された光ビームはそのまま受光面２１上に照射されるので、スポット径２３はコア径と同様に５０μｍとなる。一方、図２に示すように光導波路６に窪み部５があるときは、窪み部の曲率半径を調整することにより、例えば受光面２１上のスポット径２３を９０μｍに拡大することができる。スポット径が拡大されると、拡大されない場合と比べ、局所的に発生する電子正孔対は少なくなり、空間電荷による空乏層の電圧降下（空間電荷効果）が抑制され、電圧が均一となり信号の歪は小さくなる。
【００１３】
図４は、本発明に係る光伝送装置の他の実施例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。本実施例が図１の実施例と異なる点は、光導波路６の端部が傾斜面を有しておらず、光導波路６のコア３の一方の端部に窪み部５を形成したところにあり、その他の点では図１の実施例と同様である。図４に示すように、コア３の端部に形成される窪み部５は、コア３側に窪んでおり、その周縁部がコア３に隣接するクラッド４に及ぶようにしてもよい。また本例では、図示のように、光導波路６の一端に受光素子２が設けられ、他端に発光素子７が設けられる。発光素子７から出射された光は、光導波路６の受光面となるコア３の端部に入射され、光伝達経路１０に沿ってコア３中を進み、反対側のコア３の端部に形成された窪み部５の凹レンズ効果により拡散されて受光素子２で受光される。この場合、窪み部５の曲率半径を調整することにより、受光面２１上のスポット径を予め設定した大きさに拡大することができる。
【００１４】
図５は、本発明に係る光伝送装置を携帯電話機に適用した場合の一例を示す図である。光伝送装置１は携帯電話機５０の内部に配置されているが、本図ではその配置状態を分かり易くするため光伝送装置１を強調して表示している。図示のように、携帯電話機の操作部５１には発光素子７を含む発信器５２が設けられ、表示部５３には受光素子２を含む受信器５４が設けられ、発信器５２と受信器５４とが光導波路６を介して光学的に接続されている。本例では、操作部５１の操作に基づく操作信号は発信器５２から光信号の形態で光導波路６を伝送され受信器５４で受信され、表示部５３に表示される。この場合、上述のような光伝送装置１を用いることにより信号歪が低減される。
【００１５】
図６（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ光導波路に形成される窪み部の形状を例示する図である。図６（ａ）〜（ｃ）の上段は窪み部５の断面図、下段は窪み部５の開口面１１を示す。図６（ａ）に示す窪み部５は、断面が円弧状で平面が円状のものである。本例の窪み部５は、円弧の曲率半径を変えると平面形状が変わる。図６（ｂ）に示す窪み部５は、断面中央部が円弧状で側部が円弧の幅を保つものである。本例の窪み部５は、円弧の曲率半径を変えても平面形状はそのまま維持可能である。図６（ｃ）に示す窪み部５は、断面中央部が円弧状で側部が円弧の幅から徐々に広がるものである。本例の窪み部５も、円弧の曲率半径を変えても平面形状はそのまま維持可能である。図６（ｄ）は、窪み部５の開口面１１と受光素子２の受光面２１との関係を示す。本例では、受光素子２の受光面２１が光導波路６にぶつからないように、図示のように、窪み部５の開口面１１の大きさが、受光素子２の受光面２１の大きさよりも大きくされている。ここで、窪み部５は、その断面が円形の円弧に限定されず、例えば楕円形の円弧でもよく、光ビームを拡散してビーム径を広げる機能を有するものであれば形状は問わない。また、窪み部５の開口面１１の形状も円形に限定されず、拡散された光ビームが悪影響を受けることなく出射できるものであれば形状は問わない。
【００１６】
図７（ａ）〜（ｆ）は、本発明に係る光伝送装置の製造方法の一例を示す図である。本例はスタンパ法を示す。まず、転写型として、図７（ａ）に示すように、突起部７１（窪み部５の反転形状）を有する基板７２を用意する。次に、図７（ｂ）に示すように、突起部７１を有する基板７２上に下部クラッド４１を形成する。続いて、図７（ｃ）に示すように、下部クラッド４１上にコア３を形成する。次に、図７（ｄ）に示すように、コア３上に上部クラッド４２を形成する。続いて、図７（ｅ）に示すように、下部クラッド４１から突起部７１を有する基板７２を剥離する。これにより、突起部７１に対応する下部クラッド４１の部分に窪み部５を有する光導波路６が形成される。次に、図７（ｆ）に示すように、光導波路６の端部にレーザ加工等で傾斜面（ミラー面）を形成する。これで、図１に示すような光導波路６が製造される。
【００１７】
図８（ａ）〜（ｄ）は、本発明に係る光伝送装置の製造方法の他の例を示す図である。本例はエッチング法を示す。まず、図８（ａ）に示すように、下部クラッド４１、コア３および上部クラッド４２を有する光導波路６を形成する。次に、図８（ｂ）に示すように、下部クラッド４１上に窪み部５を形成する位置を除いてレジストを塗布しパターニングする。続いて、図８（ｃ）に示すように、パターニングされた下部クラッド４１を等方性あるいは等方性および異方性を組み合わせてエッチングし、窪み部５を形成する。次に、図８（ｄ）に示すように、下部クラッド４１上のレジストを除去し、光導波路６の端部にレーザ加工等で傾斜面（ミラー面）を形成する。これにより、図１に示すような光導波路６が製造される。
【００１８】
図９は、窪み部の曲率半径と窪み部開口面でのスポット径との関係の一例を示すグラフである。本例は、光導波路６のコア３の屈折率がｎ＝１．５、ｎ＝１．６、ｎ＝１．７の場合をそれぞれ示す。本グラフから分かるように、窪み部の曲率半径が小さいほどスポット径の拡大効果が大きい。また、窪み部がないときのスポット径はコア径と同様に５０μｍであるが、曲率半径が４０〜１４０μｍの窪み部を設けた場合、スポット径は７０μｍ以上に拡大可能であり、窪み部がないときに比べて大幅に大きくなる。
【００１９】
ここで、（空間電荷効果を抑制するための受光径）≦（スポット径×２倍）と仮定した場合、窪み部がないとき、スポット径は本例では５０μｍであるから、受光径≦５０μｍ×２＝１００μｍである。一方、本例では、図９に示すように、窪み部開口面のスポット径は例えば７８〜１００μｍとすることができるので、この場合、受光素子の受光面を窪み部開口面に置いたとき、受光径≦（７８〜１００）μｍ×２＝１５６〜２００μｍとなる。すなわち、受光径の上限が窪み部がないときに比べて大きくなり、受光素子の選択の幅が広がる。受光径が大きい受光素子（フォトダイオード）の値段は安価であり、用途に応じて受光素子選択の自由度が増すということができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る光伝送装置の一実施例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【図２】図１の実施例における光導波路の端部と受光素子間の光結合の一例を説明するための図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は受光素子の平面図である。
【図３】窪み部がない場合の光導波路の端部と受光素子間の光結合の一例を説明するための図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は受光素子の平面図である。
【図４】本発明に係る光伝送装置の他の実施例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【図５】本発明に係る光伝送装置を携帯電話機に適用した場合の一例を示す図である。
【図６】（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ光導波路に形成される窪み部の形状を例示する図である。
【図７】（ａ）〜（ｆ）は、本発明に係る光伝送装置の製造方法の一例を示す図である。
【図８】（ａ）〜（ｄ）は、本発明に係る光伝送装置の製造方法の他の例を示す図である。
【図９】窪み部の曲率半径と窪み部開口面でのスポット径との関係の一例を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２１】
１  光伝送装置
２  受光素子
３  コア
４  クラッド
５  窪み部
６  光導波路
７  発光素子
８、９  傾斜面
１０  光伝達経路
【図１】
2010122614.tif 000003
【図２】
2010122614.tif 000004
【図３】
2010122614.tif 000005
【図４】
2010122614.tif 000006
【図５】
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【図６】
2010122614.tif 000008
【図７】
2010122614.tif 000009
【図８】
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【図９】
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