(57)【要約】【課題】発光素子と光導波路との間の結合損失を増加させず、光導波路と光ファイバとの間の結合損失を低減できる光モジュール及び光結合構造を提供する。【解決手段】送信側コア６１ｂは、送信側コア６１ｂの入射側端面６１ｆに入射光Ｐ１が到達した段階における光の広がりが、光入射方向と交差する幅方向において送信側コア６１ｂの幅よりも小さくなるように形成されており、入射側端面６１ｆと対向する端面６１ｈに入射光Ｐ１が到達したと仮定したときの該端面６１ｈにおける光軸方向の光の広がりが、送信側コア６１ｂの高さ方向の大きさＬcore-zよりも小さくなるように形成されている。光軸方向に垂直な断面における送信側コア６１ｂの断面形状は、幅方向に短い長方形状である。【選択図】図１１
2015172680.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子と、
送信側コア及び前記送信側コアの内部に設けられた部分を含む反射面を有し、前記発光素子から前記送信側コアの光軸方向と交差する光入射方向に沿って入射される光（以下、入射光という）を前記反射面により反射させて前記光軸方向に導波させる送信側光導波路と、
前記送信側光導波路から出射された光を集光する送信側レンズと、
前記送信側レンズを通過した光が入力される送信側光ファイバと、
受信側光ファイバと、
前記受信側光ファイバから出射された光を集光する受信側レンズと、
前記受信側レンズを通過した光を導波する受信側コアを有する受信側光導波路と、
前記受信側光導波路から出射された光が入力される受光素子と、
を備え、
前記送信側コアは、前記入射光が入射する前記送信側コアの面（以下、入射側端面という）に前記入射光が到達した段階における光の広がりが、前記光入射方向と交差する幅方向において前記送信側コアの幅よりも小さくなるように形成されており、前記入射側端面と対向する端面に前記入射光が到達したと仮定したときの該端面における前記光軸方向の光の広がりが、前記送信側コアの前記幅方向に垂直な高さ方向の大きさよりも小さくなるように形成されており、
前記光軸方向に垂直な断面における前記送信側コアの断面形状が前記幅方向に短い長方形状である、光モジュール。
【請求項２】
前記受信側コアは、前記受信側光ファイバから前記受信側レンズを介して前記受信側光導波路の前記コアに投影される光の像が収まる断面寸法を有し、光軸方向に垂直な断面における前記受信側コアの断面形状が略正方形状であり、
前記受信側レンズは、前記受信側光ファイバから出射された光を前記受信側光導波路の開口数よりも小さくなる範囲に縮小する、請求項１に記載の光モジュール。
【請求項３】
前記送信側コアは、前記送信側光ファイバに投影される光の像が前記送信側光ファイバのコアに収まる断面寸法を有し、
前記送信側レンズは、前記送信側光導波路から出射された光を前記送信側光ファイバの開口数よりも小さくなる範囲に縮小する、請求項１または２に記載の光モジュール。
【請求項４】
前記送信側コアの前記幅方向の大きさをLcore-yとし、前記送信側コアの前記幅方向に垂直な高さ方向の大きさをLcore-zとし、前記発光素子の発光面と前記送信側コアの前記入射側端面との距離をL1とし、前記送信側コアの前記高さ方向の大きさをL2とし、前記発光素子の出射角をNAVCSELとし、クラッドの屈折率をncladとし、前記送信側コアの屈折率をncoreとし、前記発光素子の発光径をφVCSELとし、前記発光素子の前記幅方向における実装誤差をΔYVCSELとし、前記送信側コアの光軸方向における前記発光素子の実装誤差をΔXVCSELとしたときに、以下の２つの式を満たす、請求項１〜３のいずれか一項に記載の光モジュール。
【数１】
2015172680.tif 000009
【数２】
2015172680.tif 000010
【請求項５】
発光素子と、
送信側コア及び前記送信側コアの内部に設けられた部分を含む反射面を有し、前記発光素子から前記送信側コアの光軸方向と交差する光入射方向に沿って入射される光（以下、入射光という）を前記反射面により反射させて前記光軸方向に導波させる送信側光導波路と、
を備え、
前記送信側コアは、前記入射光が入射する前記送信側コアの面（以下、入射側端面という）に前記入射光が到達した段階における光の広がりが、前記光入射方向と交差する幅方向において前記送信側コアの幅よりも小さくなるように形成されており、前記入射側端面と対向する端面に前記入射光が到達したと仮定したときの該端面における前記光軸方向の光の広がりが、前記送信側コアの前記幅方向に垂直な高さ方向の大きさよりも小さくなるように形成されており、
前記光軸方向に垂直な断面における前記送信側コアの断面形状が前記幅方向に短い長方形状である、光結合構造。
【請求項６】
前記送信側光導波路から出射された光を集光する送信側レンズと、
前記送信側レンズを通過した光が入力される送信側光ファイバと、
を更に備え、
前記送信側コアは、前記送信側光ファイバに投影される光の像が前記送信側光ファイバのコアに収まる断面寸法を有し、
前記送信側レンズは、前記送信側光導波路から出射された光を前記送信側光ファイバの開口数よりも小さくなる範囲に縮小する、請求項５に記載の光結合構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光モジュール及び光結合構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、受信側光導波路のコアの断面積が、送信側光導波路のコアの断面積よりも大きいことを特徴とする光導波路構造体が開示されている。これにより、光導波路と光ファイバとの間の結合損失、及び光導波路と受発光素子との間の結合損失を低減することを企図している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２００８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＨＰＣサーバ等に用いられる基板として、光導波路を実装した光回路プリント基板が検討されている。光導波路はＶＣＳＥＬなどの発光素子と接続されるが、発光素子と光導波路との間の結合損失を低減するためには、光導波路のコア径を大きくすることが求められる。他方、光導波路は光ファイバとも接続されるところ、光導波路から光ファイバに向けて光が出射される送信側において、光導波路と光ファイバとの間の結合損失を低減するためには、光導波路のコア径を小さくすることが求められる。このように、一方で光導波路のコア径を大きくすることが求められ、他方において光導波路のコア径を小さくすることが求められるので、発光素子と光導波路との間の結合損失を増加させずに、光導波路と光ファイバとの間の結合損失を低減することは困難であった。
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、発光素子と光導波路との間の結合損失を増加させず、光導波路と光ファイバとの間の結合損失を低減できる光モジュール及び光結合構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述した課題を解決するために、本発明による光モジュールは、発光素子と、送信側コア及び送信側コアの内部に設けられた部分を含む反射面を有し、発光素子から送信側コアの光軸方向と交差する光入射方向に沿って入射される光（以下、入射光という）を反射面により反射させて光軸方向に導波させる送信側光導波路と、送信側光導波路から出射された光を集光する送信側レンズと、送信側レンズを通過した光が入力される送信側光ファイバと、受信側光ファイバと、受信側光ファイバから出射された光を集光する受信側レンズと、受信側レンズを通過した光を導波する受信側コアを有する受信側光導波路と、受信側光導波路から出射された光が入力される受光素子と、を備える。送信側コアは、入射光が入射する送信側コアの面（以下、入射側端面という）に入射光が到達した段階における光の広がりが、光入射方向と交差する幅方向において送信側コアの幅よりも小さくなるように形成されており、入射側端面と対向する端面に入射光が到達したと仮定したときの該端面における光軸方向の光の広がりが、送信側コアの幅方向に垂直な高さ方向の大きさよりも小さくなるように形成されている。光軸方向に垂直な断面における送信側コアの断面形状は幅方向に短い長方形状である。
【０００６】
また、本発明による光結合構造は、発光素子と、送信側コア及び送信側コアの内部に設けられた部分を含む反射面を有し、発光素子から送信側コアの光軸方向と交差する光入射方向に沿って入射される光（以下、入射光という）を反射面により反射させて光軸方向に導波させる送信側光導波路と、を備える。送信側コアは、入射光が入射する送信側コアの面（以下、入射側端面という）に入射光が到達した段階における光の広がりが、光入射方向と交差する幅方向において送信側コアの幅よりも小さくなるように形成されており、入射側端面と対向する端面に入射光が到達したと仮定したときの該端面における光軸方向の光の広がりが、送信側コアの幅方向に垂直な高さ方向の大きさよりも小さくなるように形成されている。光軸方向に垂直な断面における送信側コアの断面形状が幅方向に短い長方形状である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明による光モジュール及び光結合構造によれば、発光素子と送信側光導波路との間の結合損失を増加させることなく、送信側光導波路と送信側光ファイバとの間の結合損失を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る光モジュールの正面図である。
【図２】図２は、図１に示されている光モジュール送信部のＩ−Ｉ線に沿った側断面図である。
【図３】図３は、図１に示されている光モジュール受信部のII−II線に沿った側断面図である。
【図４】図４は、図２の一部を拡大して示す断面図である。
【図５】図５は、図３の一部を拡大して示す断面図である。
【図６】図６は、図４及び図５に示す光導波路モジュールのIII−III線に沿った断面図である。
【図７】図７は、図６に示す光導波路モジュールをＺ軸正方向から見た上面図である。
【図８】図８は、ＶＣＳＥＬから出射された光の軌跡の一例を概念的に示す図である。
【図９】図９は、ＶＣＳＥＬから出射された光の軌跡の一例を概念的に示す図である。
【図１０】図１０は、第１の条件を説明するための図である。
【図１１】図１１は、第２の条件を説明するための図である。
【図１２】図１２は、第１及び第２の条件とは別の条件を説明するための光モジュール送信部の概念図である。
【図１３】図１３は、光モジュール受信部の概念図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
［本願発明の実施形態の説明］
最初に、本願発明の実施形態の内容を列記して説明する。（１）本願発明による光モジュールは、発光素子と、送信側コア及び送信側コアの内部に設けられた部分を含む反射面を有し、発光素子から送信側コアの光軸方向と交差する光入射方向に沿って入射される光（以下、入射光という）を反射面により反射させて光軸方向に導波させる送信側光導波路と、送信側光導波路から出射された光を集光する送信側レンズと、送信側レンズを通過した光が入力される送信側光ファイバと、受信側光ファイバと、受信側光ファイバから出射された光を集光する受信側レンズと、受信側レンズを通過した光を導波する受信側コアを有する受信側光導波路と、受信側光導波路から出射された光が入力される受光素子と、を備える。送信側コアは、入射光が入射する送信側コアの面（以下、入射側端面という）に入射光が到達した段階における光の広がりが、光入射方向と交差する幅方向において送信側コアの幅よりも小さくなるように形成されており、入射側端面と対向する端面に入射光が到達したと仮定したときの該端面における光軸方向の光の広がりが、送信側コアの幅方向に垂直な高さ方向の大きさよりも小さくなるように形成されている。光軸方向に垂直な断面における送信側コアの断面形状は幅方向に短い長方形状である。
【００１０】
この光モジュールにおいて、発光素子からの入射光を漏れなく送信側光導波路に導波するためには、送信側光導波路に配置された反射面のうち送信側コアの内部に設けられている部分に入射光が収まることが必要となる。本発明者は、該部分に入射光が収まるためには、送信側コアの幅方向の大きさと、送信側コアの高さ方向の大きさとが、それぞれ一定の大きさ以上であるとよいことを見出した。すなわち、送信側コアの幅方向の大きさについては、入射光が送信側コアの入射側端面に到達した段階における光の広がりが送信側コアの幅より小さくなるとよい。また、送信側コアの高さ方向の大きさについては、入射側端面と対向する端面に入射光が到達したと仮定したときの該端面における光軸方向の光の広がりが、送信側コアの高さ方向の大きさよりも小さくなるとよい。
【００１１】
送信側コアの幅方向及び高さ方向の大きさがそれぞれ上記の条件を満たしていれば、送信側コアの大きさを小さくしても発光素子と送信側光導波路との間の結合損失は増加しない。他方、送信側コアの大きさを小さくすれば、送信側光導波路と送信側光ファイバとの間の結合損失を低減できる。そして、送信側コアの幅方向及び高さ方向の大きさをそれぞれ十分に小さくした場合、送信側コアの光軸方向に垂直な断面の形状は、幅方向に短い長方形となる。
【００１２】
このように、送信側光導波路に配置された反射面を有する光モジュールにおいては、送信側コアの幅方向の大きさについて、入射光が送信側コアの入射側端面に到達した段階における光の広がりが該大きさより小さくなるように、且つ、送信側コアの高さ方向の大きさについて、入射側端面と対向する端面に入射光が到達したと仮定したときの該端面における光軸方向の光の広がりが、送信側コアの高さ方向の大きさよりも小さくなるように、送信側光導波路の断面形状及び寸法が設定されるとよい。これにより、発光素子と送信側光導波路との間の結合損失を増加させることなく、送信側光導波路と送信側光ファイバとの間の結合損失を低減することができる。
【００１３】
（２）また、上述した光モジュールにおいて、受信側コアは、受信側光ファイバから受信側レンズを介して受信側コアに投影される光の像が収まる断面寸法を有し、光軸方向に垂直な断面における受信側コアの断面形状が略正方形状であり、受信側レンズは、受信側光ファイバから出射された光を受信側光導波路の開口数よりも小さくなる範囲に縮小してもよい。これにより、受信側光ファイバと受信側光導波路との間の結合損失を低減することができる。
【００１４】
（３）また、上述した光モジュールにおいて、送信側コアは、送信側光ファイバに投影される光の像が送信側光ファイバのコアに収まる断面寸法を有し、送信側レンズは、送信側光導波路から出射された光を送信側光ファイバの開口数よりも小さくなる範囲に縮小してもよい。これにより、送信側光ファイバと送信側光導波路との間の結合損失を更に低減することができる。
【００１５】
（４）また、上述した光モジュールにおいて、送信側コアの幅方向の大きさをLcore-yとし、送信側コアの幅方向に垂直な高さ方向の大きさをLcore-zとし、発光素子の発光面と送信側コアの入射側端面との距離をL1とし、送信側コアの高さ方向の大きさをL2とし、発光素子の出射角をNAVCSELとし、クラッドの屈折率をncladとし、送信側コアの屈折率をncoreとし、発光素子の発光径をφVCSELとし、発光素子の幅方向における実装誤差をΔYVCSELとし、送信側コアの光軸方向における発光素子の実装誤差をΔXVCSELとしたときに、以下の２つの式を満たしてもよい。これにより、上述した光モジュールを好適に実現することができる。
【数１】
2015172680.tif 000003
【数２】
2015172680.tif 000004
【００１６】
（５）上述した課題を解決するために、本発明による光結合構造は、発光素子と、送信側コア及び送信側コアの内部に設けられた部分を含む反射面を有し、発光素子から送信側コアの光軸方向と交差する光入射方向に沿って入射される光（以下、入射光という）を反射面により反射させて光軸方向に導波させる送信側光導波路と、を備える。送信側コアは、入射光が入射する送信側コアの面（以下、入射側端面という）に入射光が到達した段階における光の広がりが、光入射方向と交差する幅方向において送信側コアの幅よりも小さくなるように形成されており、入射側端面と対向する端面に入射光が到達したと仮定したときの該端面における光軸方向の光の広がりが、送信側コアの幅方向に垂直な高さ方向の大きさよりも小さくなるように形成されている。光軸方向に垂直な断面における送信側コアの断面形状が幅方向に短い長方形状である。
【００１７】
（６）また、上述した光結合構造において、送信側光導波路から出射された光を集光する送信側レンズと、送信側レンズを通過した光が入力される送信側光ファイバと、を更に備えてもよい。そして、送信側コアは、送信側光ファイバに投影される光の像が送信側光ファイバのコアに収まる断面寸法を有し、送信側レンズは、送信側光導波路から出射された光を送信側光ファイバの開口数よりも小さくなる範囲に縮小してもよい。
【００１８】
［本願発明の実施形態の詳細］
本発明の実施形態にかかる光モジュール及び光結合構造の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。以下の説明では、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１９】
図１は、本発明の一実施形態に係る光モジュール１０の正面図であって、光モジュール１０を分解した様子を示している。光モジュール１０は、光モジュール送信部１１及び光モジュール受信部１２を備える。図２は、図１に示す光モジュール送信部１１のＩ−Ｉ線に沿った側断面図である。図３は、図１に示す光モジュール受信部１２のII−II線に沿った側断面図である。図１〜図３では、理解を容易にするため、ＸＹＺ直交座標系を併せて示している。なお、図４〜図７、図１０、及び図１１においてもＸＹＺ直交座標系を示しているが、各図における座標系は同一のものである。
【００２０】
図１に示すように、光モジュール１０は、光導波路モジュール２０と、ジャックコネクタ３０と、プラグコネクタ４０と、送信側光ファイバ５１と、受信側光ファイバ５２とを備える。光導波路モジュール２０は、導波路モジュール送信部２１と導波路モジュール受信部２２とを有する。なお、導波路モジュール送信部２１は、後述する図２に示すように、送信側光導波路６１、ＶＣＳＥＬ７１、及び送信側ＩＣ８１を備えるが、図１ではこれらの図示を省略している。また、導波路モジュール受信部２２は、後述する図３に示すように、受信側光導波路６２、ＰＤ７２、及び受信側ＩＣ８２を備えるが、図１ではこれらの図示を省略している。
【００２１】
図２に示すように、導波路モジュール送信部２１は、導波路基板９１と、導波路基板９１上に設けられたＶＣＳＥＬ７１及び送信側ＩＣ８１とを有する。導波路基板９１には送信側光導波路６１が形成されており、送信側光導波路６１の内部には、送信側導波路ミラー６１ａ（反射面の一形態）が配置されている。ＶＣＳＥＬ７１は、本実施形態における発光素子であって、送信側光導波路６１に対してＺ軸方向（導波路基板９１の厚さ方向）に並んで配置されている。一例では、ＶＣＳＥＬ７１は送信側導波路ミラー６１ａに対してＺ軸方向に並んで配置され、送信側光導波路６１の直上に配置されている。ＶＣＳＥＬ７１は送信側導波路ミラー６１ａに向けて光Ｐ１を出射する。ＶＣＳＥＬ７１と送信側導波路ミラー６１ａとの間にはレンズ等の他の光学部品は設けられておらず、これらは直接的に光結合している。送信側ＩＣ８１は、例えばレーザダイオードドライバ（ＬＤＤ）である。
【００２２】
送信側光ファイバ５１は、プラグコネクタ４０によって把持されており、ジャックコネクタ３０を挟んで、導波路モジュール送信部２１に対してＺ軸方向に並んで配置されている。ジャックコネクタ３０の内部には、送信側光導波路６１から出射された光Ｐ１を集光するための送信側レンズ１０１が配置されている。送信側光ファイバ５１のコア５１ａは、送信側レンズ１０１を介して送信側光導波路６１と光学的に結合されており、送信側レンズ１０１を通過した光Ｐ１を入力する。送信側光導波路６１には、導波した光Ｐ１を送信側光ファイバ５１へ導くためのミラー６１ｄが更に設けられている。
【００２３】
図３に示すように、導波路モジュール受信部２２は、導波路モジュール送信部２１と共通の導波路基板９１と、導波路基板９１上に設けられたフォトダイオード（ＰＤ）７２及び受信側ＩＣ８２とを有する。導波路基板９１には受信側光導波路６２が形成されており、受信側光導波路６２の内部には、受信側導波路ミラー６２ａが配置されている。ＰＤ７２は、本実施形態における受光素子であって、受信側光導波路６２に対してＺ軸方向（導波路基板９１の厚さ方向）に並んで配置されている。一例では、ＰＤ７２は受信側導波路ミラー６２ａに対してＺ軸方向に並んで配置され、受信側光導波路６２の直上に配置されている。ＰＤ７２は受信側導波路ミラー６２ａを導波した光Ｐ２を受ける。受信側ＩＣ８２は、例えばトランスインピーダンスアンプ（ＴＩＡ）である。
【００２４】
受信側光ファイバ５２は、プラグコネクタ４０によって把持されており、ジャックコネクタ３０を挟んで、導波路モジュール受信部２２に対してＺ軸方向に並んで配置されている。ジャックコネクタ３０の内部には、受信側光ファイバ５２から出射された光Ｐ２を集光するための受信側レンズ１０２が配置されている。受信側光ファイバ５２のコア５２ａは、受信側レンズ１０２を介して受信側光導波路６２と光学的に結合されている。受信側光導波路６２には、受信側光ファイバ５２からの光Ｐ２を受信側光導波路６２へ導くためのミラー６２ｄが更に設けられている。
【００２５】
ここで、図４は、図２の一部を拡大して示す断面図である。図５は、図３の一部を拡大して示す断面図である。図６は、図４及び図５に示される光導波路モジュール２０のIII−III線に沿った断面図である。図７は、図６に示される光導波路モジュール２０をＺ軸正方向から見た上面図である。
図４、図６及び図７に示すように、送信側光導波路６１及び受信側光導波路６２は、それぞれ複数本ずつ設けられている（図にはそれぞれ４本ずつの場合を例示）。送信側光導波路６１は、光を導波する送信側コア６１ｂと、送信側コア６１ｂよりも低い屈折率を有し送信側コア６１ｂを覆う送信側クラッド６１ｃとを有する。送信側コア６１ｂ及び送信側クラッド６１ｃは、例えば樹脂（ポリマー）によって構成されている。送信側コア６１ｂの光軸方向に垂直な断面の形状は、Ｚ軸方向を長手方向とし、Ｙ軸方向を短手方向とする長方形状である。送信側クラッド６１ｃは、複数本の送信側光導波路６１において共通である。送信側コア６１ｂ及び送信側クラッド６１ｃは、基板９３上に配置されている。
【００２６】
送信側光導波路６１の内部には送信側導波路ミラー６１ａが配置されている。この送信側導波路ミラー６１ａは、例えば送信側光導波路６１を構成する媒質と空気との境界面によって構成され、光導波方向（Ｘ軸方向）との成す角度が例えば４５度となるように、Ｘ軸方向を基準としてＺ軸方向に傾斜して配置されている。送信側導波路ミラー６１ａは、送信側コア６１ｂの内部に設けられた部分６１ｅを含む。送信側コア６１ｂの光軸方向（Ｘ軸方向）と交差する光入射方向（例えばＺ軸方向）に沿ってＶＣＳＥＬ７１から入射される光Ｐ１（図２を参照）は、送信側導波路ミラー６１ａの部分６１ｅにおいて反射し、送信側コア６１ｂの内部を該光軸方向に沿って導波する。
【００２７】
なお、図８及び図９は、ＶＣＳＥＬ７１から出射された光Ｐ１の軌跡の一例を概念的に示す図である。図８は、Ｙ軸負方向側から見た図である。図９は、Ｚ軸正方向側から見た図である。これらの図に示されるように、ＶＣＳＥＬ７１から出射された光Ｐ１は、円錐状に拡がりながら送信側導波路ミラー６１ａの部分６１ｅに達し、部分６１ｅにおいて反射したのち更に拡がりながら送信側コア６１ｂの内部を導波される。
【００２８】
図５、図６及び図７に示すように、受信側光導波路６２は、光を導波する受信側コア６２ｂと、受信側コア６２ｂよりも低い屈折率を有し受信側コア６２ｂを覆う受信側クラッド６２ｃとを有する。受信側コア６２ｂの光軸方向に垂直な断面の形状は、略正方形状である。受信側クラッド６２ｃは、複数本の受信側光導波路６２において共通であり、送信側クラッド６１ｃと共通の層として設けられている。受信側コア６２ｂ及び受信側クラッド６２ｃは、基板９３上に配置されている。
【００２９】
受信側光導波路６２の内部には受信側導波路ミラー６２ａが配置されている。この受信側導波路ミラー６２ａは、例えば受信側光導波路６２を構成する媒質と空気との境界面によって構成され、光導波方向（Ｘ軸方向）との成す角度が例えば４５度となるように、Ｘ軸方向を基準としてＺ軸方向に傾斜して配置されている。受信側コア６２ｂの光軸方向に沿って導波された光Ｐ２（図２を参照）は、受信側導波路ミラー６２ａにおいて反射し、ＰＤ７２に入射する。
【００３０】
ここで、本実施形態の送信側コア６１ｂの大きさ及び形状について説明する。送信側コア６１ｂは、以下の２つの条件を満たすように形成されている。
【００３１】
図１０は、第１の条件を説明するための図である。同図に示すように、送信側コア６１ｂは、光入射方向（Ｚ軸方向）と交差する幅方向（Ｙ軸方向）において、ＶＣＳＥＬ７１から入射する光Ｐ１が送信側コア６１ｂのうちＺ軸正方向側の端面（すなわちＶＣＳＥＬ７１と対向する面。以下入射側端面という）６１ｆに到達した段階での光の広がりＤ１が、送信側コア６１ｂの該方向の幅Ｌcore-yよりも小さくなるように形成されている。この場合、ＶＣＳＥＬ７１から送信側コア６１ｂに入射した光Ｐ１が、送信側導波路ミラー６１ａに達する前に送信側コア６１ｂの側面６１ｇに当たったとしても、該側面において反射し、送信側導波路ミラー６１ａに達することができる。
【００３２】
また、図１１は、第２の条件を説明するための図である。同図に示すように、第２の条件においては、送信側導波路ミラー６１ａの裏面側にも送信側コア６１ｂが延びていると仮定し、該裏面側に送信側コア６１ｂの入射側端面と対向する端面６１ｈが存在するものと仮定する。更に、送信側導波路ミラー６１ａを透過して端面６１ｈに入射光Ｐ１が到達すると仮定する。このとき、送信側コア６１ｂは、端面６１ｈにおける送信側コア６１ｂの光軸方向の入射光Ｐ１の広がりＤ２が、送信側コア６１ｂの幅方向（Ｙ軸方向）に垂直な高さ方向（Ｚ軸方向）の大きさＬcore-zよりも小さくなるように形成されている。この場合、ＶＣＳＥＬ７１から送信側コア６１ｂに入射した光Ｐ１は、全て送信側導波路ミラー６１ａに達し、反射されることができる。
【００３３】
上記の第１及び第２の条件を送信側コア６１ｂが満たす場合において、例えばＶＣＳＥＬ７１から送信側コア６１ｂに入射する光Ｐ１の光軸に垂直な断面が円形であるとき、送信側コア６１ｂの幅Ｌcore-yに許容される最小値は、送信側コア６１ｂの高さＬcore-zに許容される最小値よりも小さくなる。従って、送信側コア６１ｂの断面積を小さくすることを考えた場合、送信側コア６１ｂの光軸方向に垂直な断面の形状は、Ｚ軸方向を長手方向とし、Ｙ軸方向を短手方向とする長方形状となる。
【００３４】
上記の第１及び第２の条件を具体的に定式化する。第１の条件に関しては、光Ｐ１が送信側コア６１ｂに入りさえすれば良いので、Ｙ軸方向における送信側コア６１ｂの幅Lcore-yに関する条件は下記の式（１）のようになる。
【数３】
2015172680.tif 000005
【００３５】
また、第２の条件に関しては、端面６１ｈにおける送信側コア６１ｂの光軸方向の入射光Ｐ１の広がりＤ２が、送信側コア６１ｂの高さ方向（Ｚ軸方向）の大きさＬcore-zよりも小さければよい。このような条件は、下記の式（２）によって表される。
【数４】
2015172680.tif 000006
【００３６】
但し、上の式（１）及び（２）における各パラメータは以下の通りである。なお、送信側光導波路６１のＮＡは、NAVCSELよりも大きいものとする。
L1：ＶＣＳＥＬ７１と送信側コア６１ｂとの距離（本実施形態では送信側クラッド６１ｃの高さ方向（Ｚ軸方向）の大きさと等しい）
L2：送信側コアの高さ方向（Ｚ軸方向）の大きさ
NAVCSEL：ＶＣＳＥＬ７１からの光Ｐ１の出射角
nclad：送信側クラッド６１ｃの屈折率
ncore：送信側コア６１ｂの屈折率
φVCSEL：ＶＣＳＥＬ７１の発光径
ΔYVCSEL：ＶＣＳＥＬ７１のＹ軸方向における実装誤差
ΔXVCSEL：ＶＣＳＥＬ７１のＸ軸方向における実装誤差
また、上式（３）及び（４）における正接（ｔａｎ）の内部は無次元量であるため、角度量（単位：ラジアン）に変換するとそれぞれ以下の数式（５）及び（６）となる。
【数５】
2015172680.tif 000007
【数６】
2015172680.tif 000008
【００３７】
図１２は、上記第１及び第２の条件とは別の条件を説明するための光モジュール送信部１１の概念図である。図１２には、理解の容易のため、ＶＣＳＥＬ７１、送信側光導波路６１、送信側レンズ１０１、及び送信側光ファイバ５１が一直線上に並んで示されている。同図に示すように、送信側光導波路６１から出射された光Ｐ１の像は、送信側光ファイバ５１のコア５１ａに投影される。送信側コア６１ｂの大きさは、その際の光Ｐ１の像（幅Ｗ３）がコア５１ａ（径Ｄ３）に収まる大きさになるように設定されている。なお、送信側レンズ１０１は、送信側光導波路６１から出射された光Ｐ１を、送信側光ファイバ５１の開口数より小さくなる範囲で縮小するとよい。
【００３８】
次に、受信側コア６２ｂについて説明する。図１３は、光モジュール受信部１２の概念図である。図１３には、理解の容易のため、受信側光ファイバ５２、受信側レンズ１０２、受信側光導波路６２、及びＰＤ７２が一直線上に並んで示されている。同図に示すように、受信側光ファイバ５２から出射された光Ｐ２の像は、受信側レンズ１０２を介して受信側光導波路６２の受信側コア６２ｂに投影される。受信側コア６２ｂの大きさは、その際の光Ｐ２の像（幅Ｗ４）が受信側コア６２ｂ（径Ｄ４）に収まる大きさになるように設定されている。なお、この条件を受信側コア６２ｂが満たす場合において、受信側光ファイバ５２から受信側コア６２ｂに入射する光Ｐ２の光軸に垂直な断面が円形であるとき、受信側コア６２ｂの幅に許容される最小値と、受信側コア６２ｂのＺ軸方向の高さに許容される最小値とは互いに等しくなる。従って、受信側コア６２ｂの断面積を小さくすることを考えた場合、受信側コア６２ｂの光軸方向に垂直な断面の形状は略正方形状となる。なお、受信側レンズ１０２は、受信側光ファイバ５２から出射された光Ｐ２を、受信側光導波路６２の開口数より小さくなる範囲で縮小するとよい。
【００３９】
以上の構成を備える光モジュール１０の光結合構造が奏する作用効果について説明する。まず、送信側について説明すると、ＶＣＳＥＬ７１から出射した光Ｐ１は、送信側光導波路６１に入射し、送信側導波路ミラー６１ａにおいて反射し、送信側光導波路６１の送信側コア６１ｂ内部を導波される。導波された光Ｐ２は送信側光導波路６１から出射し、送信側レンズ１０１を通過して、送信側光ファイバ５１に入力される。このとき、ＶＣＳＥＬ７１と送信側光導波路６１との間、及び送信側光導波路６１と送信側光ファイバ５１との間において、結合損失が発生し得る。
【００４０】
ＶＣＳＥＬ７１と送信側光導波路６１との間の結合損失についてみると、一般的には送信側コア６１ｂの大きさ（断面寸法）が小さいほど結合損失が大きくなる。しかし、送信側コア６１ｂの大きさが、上記第１及び第２の条件を満たす範囲においては、入射光Ｐ１が漏れなく送信側導波路ミラー６１ａに到達し、反射して送信側コア６１ｂ内部を導波される。そのため、上記第１及び第２の条件を満たす範囲において送信側コア６１ｂの大きさを小さくしても、ＶＣＳＥＬ７１と送信側光導波路６１との間の結合損失は増加しない。他方、送信側光導波路６１と送信側光ファイバ５１との間の結合損失についてみると、送信側コア６１ｂの大きさが小さいほど、結合損失は低減される。したがって、送信側コア６１ｂの大きさを、上記第１及び第２の条件を満たす範囲で小さくすることにより、光モジュール送信部１１全体として、結合損失を低減することができる。すなわち、ＶＣＳＥＬ７１と送信側光導波路６１との間の結合損失を増加させることなく、送信側光導波路６１と送信側光ファイバ５１との間の結合損失を低減することができる。
【００４１】
また、本実施形態のように、送信側コア６１ｂの大きさは、上述した数式（１）及び（２）を満たしてもよい。これにより、上述した効果を奏する光モジュール１０を好適に実現することができる。
【００４２】
また、本実施形態のように、送信側コア６１ｂは、送信側光ファイバ５１に投影される光Ｐ１の像が送信側光ファイバ５１のコア５１ａに収まる断面寸法を有してもよく、更に、送信側レンズ１０１は、送信側光導波路６１から出射された光Ｐ１を送信側光ファイバ５１の開口数よりも小さくなる範囲に縮小してもよい。これにより、送信側光ファイバ５１と送信側光導波路６１との間の結合損失を更に低減することができる。
【００４３】
次に受信側について説明する。受信側光ファイバ５２から出射した光Ｐ２は、受信側レンズ１０２を通過して受信側光導波路６２に入力されたのち、ミラー６２ｄにおいて反射し、受信側コア６２ｂ内部を導波される。導波された光Ｐ２は、受信側導波路ミラー６２ａにおいて反射し、ＰＤ７２に入力される。このとき、受信側光ファイバ５２と受信側光導波路６２との間、及び受信側光導波路６２とＰＤ７２との間において結合損失が発生し得る。
【００４４】
このため、本実施形態のように、受信側コア６２ｂは、受信側光ファイバ５２から受信側レンズ１０２を介して受信側コア６２ｂに投影される光Ｐ２の像が、受信側コア６２ｂに収まる断面寸法を有してもよく、更に、受信側レンズ１０２は、受信側光ファイバ５２から出射された光Ｐ２を、受信側光導波路６２の開口数より小さくなる範囲で縮小してもよい。これにより、受信側光導波路６２と受信側光ファイバ５２との間の結合損失を低減することができる。
【００４５】
本発明による光モジュール及び光結合構造は、上述した実施形態に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上述した実施形態では、送信側光ファイバ５１が、送信側光導波路６１に対し、送信側光導波路６１の光軸方向と交差する方向（Ｚ軸方向）に配置されており、ミラー６１ｄを介して送信側光ファイバ５１と送信側光導波路６１とが光結合されている。同様に、受信側光ファイバ５２は、受信側光導波路６２に対し、受信側光導波路６２の光軸方向と交差する方向（Ｚ軸方向）に配置されており、ミラー６２ｄを介して受信側光ファイバ５２と受信側光導波路６２とが光結合されている。本発明はこれらの構成に限られず、例えば送信側光ファイバ５１が送信側光導波路６１に対して送信側光導波路６１の光軸方向（Ｘ軸方向）に並んで配置され、送信側光ファイバ５１の光軸方向と送信側光導波路６１の光軸方向とが互いに一致してもよい。同様に、受信側光ファイバ５２が受信側光導波路６２に対して受信側光導波路６２の光軸方向（Ｘ軸方向）に並んで配置され、受信側光ファイバ５２の光軸方向と受信側光導波路６２の光軸方向とが互いに一致してもよい。
【００４６】
また、上述した実施形態では、発光素子としてＶＣＳＥＬを例示し、受光素子としてＰＤを例示したが、発光素子及び受光素子はこれらに限られるものではない。
【符号の説明】
【００４７】
１０…光モジュール、１１…光モジュール送信部、１２…光モジュール受信部、２０…光導波路モジュール、２１…導波路モジュール送信部、２２…導波路モジュール受信部、３０…ジャックコネクタ、４０…プラグコネクタ、５１…送信側光ファイバ、５１ａ…コア、５２…受信側光ファイバ、５２ａ…コア、６１…送信側光導波路、６１ａ…送信側導波路ミラー、６１ｂ…送信側コア、６１ｃ…送信側クラッド、６１ｄ…ミラー、６２…受信側光導波路、６２ａ…受信側導波路ミラー、６２ｂ…受信側コア、６２ｃ…受信側クラッド、６２ｄ…ミラー、９１…導波路基板、９３…基板、１０１…送信側レンズ、１０２…受信側レンズ、Ｐ１…入射光。
【図１】
2015172680.tif 000011
【図２】
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【図３】
2015172680.tif 000013
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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