(57)【要約】【課題】多チャンネル化された場合であっても、光素子の受発光特性を劣化させない。【解決手段】少なくとも一方が開口した筐体５２と、光を透過し、筐体５２の開口部を塞いで密封する蓋５３と、受発光面５４を蓋５３と対向させて固定された光素子５５とを含む光モジュール５１において、受発光面５４と光学的に結合する光ビームが透過する５３蓋の対向する面の少なくとも一方に形成され、光ビームが透過する部分にピンホール５９が設けられた遮光膜５８を備えた。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一方が開口した筐体と、光を透過し、前記筐体の開口部を塞いで密封する蓋と、受発光面を前記蓋と対向させて固定された光素子とを含む光モジュールにおいて、
前記受発光面と光学的に結合する光ビームが透過する前記蓋の対向する面の少なくとも一方に形成され、前記光ビームが透過する部分にピンホールが設けられた遮光膜を備えたことを特徴とする光モジュール。
【請求項２】
前記ピンホールの直径は、前記光ビームが導波するモードフィールド径の３〜５倍であることを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
【請求項３】
前記筐体は、前記蓋と接する周縁上部に金属薄膜が形成され、
前記蓋は、前記筐体と接する外周部および側面に金属薄膜が形成され、
前記筐体および前記蓋は、金属半田により接合されていることを特徴とする請求項１または２に記載の光モジュール。
【請求項４】
前記金属半田は、前記筐体に形成されている金属薄膜の外縁から、前記蓋の側面に形成されている金属薄膜に向って、フィレットを形成することを特徴とする請求項３に記載の光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光モジュールに関し、より詳細には、内蔵する光素子の受発光特性を劣化させないための光モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光ファイバ伝送の普及に伴い、多数の光素子を高密度に集積する技術が求められており、その一つとして、平面光波回路（以下、ＰＬＣ：Planar Lightwave Circuitという）が知られている。ＰＬＣは、シリコン基板または石英基板上に、光導波路、光導波路からなる光素子を集積した光回路であり、生産性、信頼性が高く、集積化、高機能化の点で優れている。伝送端局における光送受信器には、ＬＤなどの発光素子、ＰＤなどの受光素子と、合分波器、分岐・結合器、光変調器などの機能素子が形成されたＰＬＣとが実装されている。
【０００３】
光送受信器において、受発光素子とＰＬＣとの接続は、発光素子モジュールおよび／または受光素子モジュール（以下、光モジュールという）とＰＬＣとを、光ディスクリート部品によって光学的に結合させたり、直接接合することが行われている。図１に、従来の光モジュールとＰＬＣとを直接接合する方法を示す。
【０００４】
また、図２に、従来の光モジュールの構成を示す。光モジュール１１は、一例として、発光面または受光面（以下、受発光面）１４を有する発光素子または受光素子（以下、光素子という）１５を備えている。ここでは、４つの受発光面１４を有する光素子１５を例に説明する。光素子１５は、箱型の筐体１２と、受発光面１４への光信号の入出力を可能にするサファイアガラスからなる蓋１３とにより封止されている（例えば、非特許文献１参照）。筐体１２と蓋１３とは、金属半田により接合され、高い気密性を有していることから、外部環境から保護され、光素子１５の信頼性を確保している。光素子１５は、受発光面１４を蓋１３に対向させ、筐体１２に金属半田等により固定され、ボンディングワイヤ１６により、筐体１２の金属配線１７に接続されている。金属配線１７は、筐体１２を貫通して、筐体１２の裏面および側面にまで延長されている。
【０００５】
一方、ＰＬＣ２１は、シリコン基板２２上に形成された石英系の光導波路２４を有している。ＰＬＣ２１に形成されている光導波路２４と、光素子１５の受発光面１４とが光学的に結合するように配置される。補強板としてのやとい２３がＰＬＣ２１上に接合され、ＰＬＣ２１の光導波路２４の端面を含む面において、光モジュール１１の蓋１３に接合される。光モジュール１１とＰＬＣ２１との接合には、ＵＶ硬化性接着剤等が用いられる。光モジュール１１とＰＬＣ２１とは、実装ボード３１上に固定され、光モジュール１１の金属配線１７と、実装ボード３１上に形成された金属配線３４につながる電極３２とが、ボンディングワイヤ３３により接続される。
【０００６】
【非特許文献１】A. Kaneko, et al, “Ultra small and low power consumption 8ch variable optical attenuator multiplexer (V-AWG) using multi-chip PLC integration technology”, Proc. OFC’2005, OTuD3
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図３に、従来の光モジュールとＰＬＣとの光学的結合を示す。例えば、光素子１５ａは、ＰＬＣ２１の光導波路２４ａから出射された光信号と、光学的に結合するように配置されている。しかしながら、ＰＬＣ２１の光導波路２４が形成されていない端面から光素子１５ａに向けて出射される光Ａ（光素子１５が所望する光信号以外の光であり、以下「迷光」という）がノイズとなって、光素子１５ａの受光特性を劣化させるという問題があった。ＰＬＣ２１以外の外部から光モジュール１１に侵入する光と、蓋１３の側面から光モジュール１１に侵入する光Ｂとが迷光となって、光素子１５ａの受光特性を劣化させる。
【０００８】
また、隣接する光導波路２４ｂから出射された光信号Ｃが、ビームの広がりによって光素子１５ａに達する場合も、光素子１５ａの受光特性を劣化させることになる（以下、クロストークという）。
【０００９】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、多チャンネル化された場合であっても、光素子の受発光特性を劣化させることのない光モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、少なくとも一方が開口した筐体と、光を透過し、前記筐体の開口部を塞いで密封する蓋と、受発光面を前記蓋と対向させて固定された光素子とを含む光モジュールにおいて、前記受発光面と光学的に結合する光ビームが透過する前記蓋の対向する面の少なくとも一方に形成され、前記光ビームが透過する部分にピンホールが設けられた遮光膜を備えたことを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の前記ピンホールの直径は、前記光ビームが導波するモードフィールド径の３〜５倍であることを特徴とする。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の光モジュールにおいて、前記筐体は、前記蓋と接する周縁上部に金属薄膜が形成され、前記蓋は、前記筐体と接する外周部および側面に金属薄膜が形成され、前記筐体および前記蓋は、金属半田により接合されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の前記金属半田は、前記筐体に形成されている金属薄膜の外縁から、前記蓋の側面に形成されている金属薄膜に向って、フィレットを形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように、本発明によれば、遮光膜および金属薄膜により、迷光とクロストークとを除去することができ、光素子の受発光特性を劣化させることがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。  
【実施例１】
【００１６】
図４（ａ）に、本発明の実施例１にかかる光モジュールの構成を示す。光モジュール５１は、箱型の筐体５２とサファイアガラスからなる蓋５３とにより封止された光素子５５ａ〜５５ｃを有する。筐体５２の材質として、例えば、アルミナ系セラミックスが使用される。筐体５２と蓋５３の周縁の外側には接合用のＡｕなどの金属薄膜５６，５７が、金属蒸着またはメッキによって形成されている。筐体５２と蓋５３とを接合するための接合剤は、ＡｕＳｎ、ＳｎＡｇＣｕなどの金属半田７１が用いられる。筐体５２と蓋５３とにより高い気密性を有していることから、外部環境から保護され、光素子５５の信頼性を確保することができる。光素子５５は、ＬＤなどの発光素子またはＰＤなどの受光素子であるが、ここではＰＤを例に説明する。光素子５５は、受発光面５４を蓋５３に対向させ、筐体５２に金属半田等により固定されている。光素子５５は、素子幅２５０μｍの光素子により、４チャネルの光素子アレイを構成する。
【００１７】
ＰＬＣ２１は、シリコン基板上に形成され、コア、上部クラッドおよび下部クラッドから成る光導波路２４ａ〜２４ｃを有している。ＰＬＣ２１に形成されている光導波路２４ａ〜２４ｃと、光素子５５ａ〜５５ｃの受発光面５４とが光学的に結合するように配置されている。
【００１８】
図４（ｂ）に、実施例１にかかる光モジュールの蓋の構成を示す。蓋５３のＰＬＣ２１と接合する面には、遮光膜５８が形成され、光導波路２４と受発光面５４との間の光軸を中心に、ピンホール５９が開けられている。遮光膜５８は、ＣｒまたはＴｉなどの金属材料を用いて、数百〜数千オングストロームの厚さに形成する。遮光膜５８は、スパッタ、蒸着等の薄膜形成プロセスを用いることができる。実施例１によれば、遮光膜５８によって、図３に示した迷光Ａを除去することができる。
【００１９】
ピンホール５９の直径は、光導波路２４と受発光面５４との間を伝搬する光ビームのモードフィールド径の３〜５倍程度である。これは、５倍を超えると、隣接する光素子５５のクロストークが劣化し、３倍未満とすると、受発光面５４において受光する光の信号強度が弱くなるからである。例えば、波長１．５５μｍ帯で、約７μｍモードフィールド径を有するシングルモード光導波路から出射される場合には、ピンホール５９の直径は、２０〜４０μｍ程度である。ピンホール５９は、フォトリソグラフィーにより形成することができる。
【実施例２】
【００２０】
図５（ａ）に、本発明の実施例２にかかる光モジュールの構成を示す。図５（ｂ）に、実施例２にかかる光モジュールの蓋の構成を示す。蓋５３の受発光面５４と対向する面には、遮光膜５８が形成され、光導波路２４と受発光面５４との間の光軸を中心に、ピンホール５９が開けられている。遮光膜５８およびピンホール５９の構成は、実施例１と同じである。実施例２によれば、遮光膜５８によって、図３に示した迷光Ａ、迷光ＢおよびクロストークＣを除去することができる。
【実施例３】
【００２１】
図６に、本発明の実施例３にかかる光モジュールの構成を示す。実施例３においては、蓋５３のＰＬＣ２１と接合する面に実施例１と同じ遮光膜５８ａを形成し、蓋５３の受発光面５４と対向する面に実施例２と同じ遮光膜５８ｂを形成する。蓋５３の対向する両面に遮光膜を形成することにより、実施例１および２と比較して、さらに迷光およびクロストークを除去することができる。
【実施例４】
【００２２】
図７（ａ）に、本発明の実施例４にかかる光モジュールの構成を示す。光モジュール６１は、箱型の筐体６２とサファイアガラスからなる蓋６３とにより封止された光素子６５ａ〜６５ｃを有する。筐体６２の材質として、例えば、アルミナ系セラミックスが使用される。筐体６２が蓋６３と接する周縁上部には、Ａｕなどの金属薄膜６６が蒸着またはメッキされている。蓋６３が筐体６２と接する外周部にも、金属薄膜６７が蒸着またはメッキされている。さらに、金属薄膜６７は、蓋６３の側面にも蒸着またはメッキされている。筐体６２と蓋６３とを接合するための接合剤は、ＡｕＳｎ、ＳｎＡｇＣｕなどの金属半田７１が用いられている。光素子６５は、筐体６２と蓋６３とにより高い気密性で気密封止され、外部環境から保護されるので、光素子６５の信頼性を向上することができる。
【００２３】
図６（ｂ）に、実施例４にかかる光モジュールの蓋の構成を示す。蓋６３のＰＬＣ２１と接合する面には、遮光膜６８が形成され、光導波路２４と受発光面６４との間の光軸を中心に、ピンホール６９が開けられている。遮光膜６８は、ＣｒまたはＴｉなどの金属材料を用いて、数百〜数千オングストロームの厚さに形成する。遮光膜６８は、スパッタ、蒸着等の薄膜形成プロセスを用いることができる。ピンホール６９の直径は、光導波路２４と受発光面６４との間を伝搬する光ビームのモードフィールド径の３〜５倍程度である。実施例４によれば、遮光膜６８によって、図３に示した迷光Ａを除去することができ、金属薄膜６７により、図３に示した迷光Ｂを除去することができる。
【００２４】
また、金属半田７１は、筐体６２に形成されている金属薄膜６６の外縁から、蓋６３の側面に形成されている金属薄膜６７に向って、フィレットを形成する。フィレットは、蓋６３の四辺に形成されるので、光モジュールの側方からの衝撃に対しても、十分な強度を有する。また、四辺に形成されるフィレットにより、リフロー時に蓋６３の側方にかかる応力が均等になるので、セルフアライメント効果により、筐体６２と蓋６３と横方向の相対位置がずれにくくなる。さらに、四辺にフィレットが形成されたことにより、封止工程が完了したことを、容易に確認することができる。
【実施例５】
【００２５】
図８（ａ）に、本発明の実施例５にかかる光モジュールの構成を示す。図８（ｂ）に、実施例５にかかる光モジュールの蓋の構成を示す。蓋６３の受発光面６４と対向する面には、遮光膜６８が形成され、光導波路２４と受発光面６４との間の光軸を中心に、ピンホール６９が開けられている。遮光膜６８およびピンホール６９の構成は、実施例４と同じである。実施例５によれば、遮光膜６８によって、図３に示した迷光Ａ、迷光ＢおよびクロストークＣとを除去することができる。
【実施例６】
【００２６】
図９に、本発明の実施例６にかかる光モジュールの構成を示す。実施例６においては、蓋６３のＰＬＣ２１と接合する面に実施例４と同じ遮光膜６８ａを形成し、蓋６３の受発光面６４と対向する面に実施例５と同じ遮光膜６８ｂを形成する。蓋６３の対向する両面に遮光膜を形成することにより、実施例４および５と比較して、さらに迷光およびクロストークを除去することができる。
【実施例７】
【００２７】
図１０に、本発明の実施例７にかかる光モジュールとＰＬＣの接合方法を示す。また、図１１（ａ）に、光モジュールの詳細を示す。光モジュール８１は、箱型の筐体８２とサファイアガラスからなる蓋８３とにより封止された光素子８５を有する。筐体８２の裏面および側面には、リードピン９０が溶接（ろう付け等）により固定されている。光素子８５は、縦２５０μｍ×横２５０μｍの光素子を、１６個×３列の２次元配列とすることにより、４８チャネルの光素子アレイを構成する。４８チャネルの光素子アレイを１次元配列により構成すると、光素子アレイの長さが１２ｍｍとなり、取扱が非常に困難になる。そこで、２次元配列にすることにより、光素子の製造過程における劈開が容易となり、歩留まりが向上する。また、半田により固定した際の応力が、面的に分散されるので、光素子の折損、破断を防止することができる。
【００２８】
光モジュール８１は、実装ボード９１の実装面と、光モジュール８１の光素子８５の光軸とが平行になるように固定される。光モジュール８１のリードピン９０と実装ボード９１上に形成された金属配線９２とを、金属半田等で固定するので、光モジュール８１を実装ボード９１上に強固に固定することができる。
【００２９】
光モジュール８１の光素子８５は、その受発光面８４が、ガラスブロック１０３に固定された光ファイバ１０２と光学的に結合する。光ファイバ接続手段としてのガラスブロック１０３は、光ファイバ１０２の端面を含む面において、光モジュール８１の蓋８３に、ＵＶ硬化型の接着剤等を用いて接合される。
【００３０】
一方、ＰＬＣ１１１は、Ｓｉ基板１１２上に形成され、ＰＬＣ１１１に形成されている光導波路１１４は、ガラスブロック１０１に固定された光ファイバ１０２と光学的に結合する。光ファイバ接続手段としてのガラスブロック１０１は、ＰＬＣ１１１の光導波路端面を含む面と、光ファイバ１０２の端面を含む面とを対向させて、ＵＶ硬化型の接着剤等を用いてＰＬＣ１１１に接合される。このようにして、光モジュール８１とＰＬＣ１１１とを、光ファイバ１０２を介して接続するので、ＰＬＣ１１１に１次元配列された光導波路１１４を、２次元配列された光素子８５の受発光面８４に光学的に結合することができる。
【００３１】
また、ＰＬＣ１１１に１次元配列された光導波路１１４を、例えば、１２７μｍの狭ピッチで配列すれば、ＰＬＣの面積の増大を抑えることができる。さらに、光ファイバ１０２を介して接続することにより、光モジュール８１は、例えば、ＴＯ（Thermal Optic）スイッチなどの温度制御によりＰＬＣ１１１側から発生する熱の影響を受けることがなく、光素子８５の受発光特性を損なうことがない。
【００３２】
図１１（ｂ）に、実施例７にかかる光モジュールの蓋の構成を示す。蓋８３の受発光面８４と対向する面には、遮光膜８８が形成され、光ファイバ１０２と受発光面８４との間の光軸を中心に、１６個×３列の２次元に配列されたピンホール８９が開けられている。シングルモードの光ファイバ１０２の出射端において、波長１．５５μｍ帯で、約１０μｍモードフィールド径を有する。蓋８３の厚さ２００μｍとすると、ピンホール８９の直径は、７０〜１２０μｍ程度である。
【００３３】
実施例７によれば、遮光膜８８によって、図３に示した迷光Ａと、クロストークＣとを除去することができ、蓋８３の側面に蒸着またはメッキされた金属薄膜により、図３に示した迷光Ｂを除去することができる。
【００３４】
本実施形態において、筐体の材質としてアルミナ系セラミックスを用いたが、例えば、炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミ、ジルコニア等の他のセラミックスを用いてもよい。また、石英、サファイア等のガラスを用いてもよい。また、筐体と蓋とを接合する接合剤は、ＡｕＳｎ、ＳｎＡｇＣｕなどといった金属半田に限らず、例えば、低融点ガラスやロウ剤などを用いることができる。蓋の材質は、上述したサファイアに限らず、例えば、石英ガラス、ホウ酸塩ガラスなどを用いることができる。筐体と蓋とにより、光モジュール内部に配置した光素子の特性が劣化しないように気密性が確保できれば、その材料・部材を問わない。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】従来の光モジュールとＰＬＣとを直接接合する方法を示す横断面図である。
【図２】従来の光モジュールの構成を示す斜視図である。
【図３】従来の光モジュールとＰＬＣとの光学的結合を示す図である。
【図４】本発明の実施例１にかかる光モジュールの構成を示す図である。
【図５】本発明の実施例２にかかる光モジュールの構成を示す図である。
【図６】本発明の実施例３にかかる光モジュールの構成を示す図である。
【図７】本発明の実施例４にかかる光モジュールの構成を示す図である。
【図８】本発明の実施例５にかかる光モジュールの構成を示す図である。
【図９】本発明の実施例６にかかる光モジュールの構成を示す図である。
【図１０】本発明の実施例７にかかる光モジュールとＰＬＣの接合方法を示す図である。
【図１１】実施例７にかかる光モジュールの構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
１１，５１，６１，８１  光モジュール
１２，５２，６２，８２  筐体
１３，５３，６３，８３  蓋
１４，５４，６４，８４  受発光面
１５，５５，６５，８５  光素子
１６  ボンディングワイヤ
１７，９２  金属配線
２１，１１１  ＰＬＣ
２２，１１２  基板
２３  やとい
２４，１１４  光導波路
３１，９１  実装ボード
３２  電極
５６，５７，６６，６７，８６，８７  金属薄膜
５８，６８，８８  遮光膜
５９，６９，８９  ピンホール
７１  金属半田
９０  リードピン
１０１，１０３  ガラスブロック
１０２  光ファイバ
【図１】
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【図２】
2008047701.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2008047701.tif 000009
【図８】
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【図９】
2008047701.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
2008047701.tif 000013