(57)【要約】【課題】光軸調整を容易にして、性能、低コスト性を兼ね備えた光導波路、光モジュール、およびその製造方法を提供する。【解決手段】光モジュールは、第１の基板１、第２の基板２、ＰＤ３、ＬＤ４、および光ファイバ５を備えている。第１および第２の基板１および２の内部には、第１および第２の光導波路コア１ｃおよび２ｃが形成される。第１および第２の光導波路コア１ｃおよび２ｃは、第１および第２の基板１および２が接合されることによって、それぞれ光接続部を構成する。ＬＤ４は、第２の光導波路コア２ｃおよび光ファイバ５を介して、光信号を送信することが可能である。また、光ファイバ５から第２の光導波路コア２ｃに出射される光信号は、第１および第２の光導波路コア１ｃおよび２ｃの光接続部を介して第１の光導波路コア１ｃを伝搬し、ＰＤ３で受信することが可能である。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号を分岐結合する光導波路であって、
その下面と平行に第１の光導波路コアが内部に形成された第１の基板と、
その上面と平行に第２の光導波路コアが内部に形成された第２の基板とを備え、
前記第１の基板の下面および前記第２の基板の上面を接合し、前記第１および第２の光導波路コアのそれぞれ一部が接触するように重ねることによって、前記第１および第２の光導波路コアの間の光接続部を形成する、光導波路。
【請求項２】
前記第１の光導波路コアは、前記第１の基板の下面に対して平行に形成された凹形状の第１の溝に、相対的に高い屈折率を有する高屈折率材料を充填することによって形成され、
前記第２の光導波路コアは、前記第２の基板の上面に対して平行に形成された凹形状の第２の溝に、相対的に高い屈折率を有する高屈折率材料を充填することによって形成され、
前記第１の基板の下面および前記第２の基板の上面とは、相対的に高い屈折率を有する高屈折率材料によって接合される、請求項１に記載の光導波路。
【請求項３】
前記第１および第２の基板が有する屈折率は、互いに異なっており、
前記第１および第２の光導波路コアの断面形状は、当該断面形状の幅および高さの少なくとも一方が互いに異なっている、請求項１に記載の光導波路。
【請求項４】
前記第１の基板の下面および前記第２の基板の上面に対して互いの接合位置関係を調整することによって、その面積を増減させた前記光接続部を形成することを特徴とする、請求項１に記載の光導波路。
【請求項５】
前記第１および第２の溝に充填し、かつ前記第１の基板の下面と前記第２の基板の上面とを接合する前記高屈折率材料は、同じ紫外線硬化樹脂であることを特徴とする、請求項２に記載の光導波路。
【請求項６】
前記第１および第２の溝に充填し、かつ前記第１の基板の下面と前記第２の基板の上面とを接合する高屈折率材料は、同じガラス系材料であることを特徴とする、請求項２に記載の光導波路。
【請求項７】
前記第１および第２の基板は、低屈折率材料としてガラス系材料が前記第１および第２の溝を含めて成形されることによって形成されることを特徴とする、請求項２に記載の光導波路。
【請求項８】
前記第１および第２の基板は、低屈折率材料として透明樹脂が前記第１および第２の溝を含めて成形されることによって形成されることを特徴とする、請求項２に記載の光導波路。
【請求項９】
前記第１および第２の基板は、それぞれの所定の位置に設けられた位置決め用マーカを用いて位置決めされることを特徴とする、請求項１に記載の光導波路。
【請求項１０】
光導波路および光素子の間に光信号を分岐結合して伝搬させる光モジュールであって、
その下面と平行に第１の光導波路コアが内部に形成された第１の基板と、
その上面と平行に第２の光導波路コアが内部に形成された第２の基板と、
前記第１および第２の基板の少なくとも一方に固定された光ファイバと、
前記第２の基板の上面の一部に実装され、前記第１および第２の光導波路コアのそれぞれの一方端面と光接続される複数の光素子とを備え、
前記第１の基板の下面および前記第２の基板の上面を接合し、前記第１および第２の光導波路コアのそれぞれ一部が接触するように重ねることによって、前記第１および第２の光導波路コアの間の光接続部を形成する、光モジュール。
【請求項１１】
前記第１の光導波路コアは、前記第１の基板の下面に対して平行に形成された凹形状の第１の溝に、相対的に高い屈折率を有する高屈折率材料を充填することによって形成され、
前記第２の光導波路コアは、前記第２の基板の上面に対して平行に形成された凹形状の第２の溝に、相対的に高い屈折率を有する高屈折率材料を充填することによって形成され、
前記第１の基板の下面および前記第２の基板の上面とは、相対的に高い屈折率を有する高屈折率材料によって接合される、請求項１０に記載の光モジュール。
【請求項１２】
前記第１および第２の基板が有する屈折率は、互いに異なっており、
前記第１および第２の光導波路コアの断面形状は、当該断面形状の幅および高さの少なくとも一方が互いに異なっている、請求項１０に記載の光モジュール。
【請求項１３】
前記第１の基板の下面および前記第２の基板の上面に対して互いの接合位置関係を調整することによって、その面積を増減させた前記光接続部を形成することを特徴とする、請求項１０に記載の光モジュール。
【請求項１４】
前記第１および第２の溝に充填し、かつ前記第１の基板の下面と前記第２の基板の上面とを接合する前記高屈折率材料は、同じ紫外線硬化樹脂であることを特徴とする、請求項１１に記載の光モジュール。
【請求項１５】
前記第１および第２の溝に充填し、かつ前記第１の基板の下面と前記第２の基板の上面とを接合する前記高屈折率材料は、同じガラス系材料であることを特徴とする、請求項１１に記載の光モジュール。
【請求項１６】
前記第１および第２の基板は、低屈折率材料としてガラス系材料が前記第１および第２の溝を含めて成形されることによって形成されることを特徴とする、請求項１１に記載の光モジュール。
【請求項１７】
前記第１および第２の基板は、低屈折率材料として透明樹脂が前記第１および第２の溝を含めて成形されることによって形成されることを特徴とする、請求項１１に記載の光モジュール。
【請求項１８】
前記第１および第２の基板の少なくとも一方には、前記光ファイバをその条溝内面に沿わせて固定することによって前記第１および第２の光導波路コアのいずれかの他方端面および前記光ファイバの光軸を一致させる光ファイバ配列用溝が形成される、請求項１１に記載の光モジュール。
【請求項１９】
前記第１および第２の基板は、前記第１および第２の溝および前記光ファイバ配列用溝から選択される少なくとも１つが型造された成形型を用いた成形によって形成されることを特徴とする、請求項１８に記載の光モジュール。
【請求項２０】
前記光素子は、光半導体素子であり、
前記第２の基板の上面には、伝送線路が形成され、
前記光素子は、前記伝送線路と電気的に接続される、請求項１０に記載の光モジュール。
【請求項２１】
前記伝送線路は、マイクロストリップ線路およびコプレナー線路の一方であることを特徴とする、請求項２０に記載の光モジュール。
【請求項２２】
光導波路および光素子の間に光信号を伝搬させる光モジュール製造方法であって、
その下面に対して凹形状の第１の溝が該下面と平行に形成された第１の基板を成形によって形成する第１の基板成形ステップと、
その上面に対して凹形状の第２の溝が該上面と平行に形成された第２の基板を成形によって形成する第２の基板成形ステップと、
前記第２の基板の上面に前記光素子を所定の位置に実装する光素子実装ステップと、
前記第１の基板に形成された前記第１の溝に前記第１および第２の基板が有する屈折率より相対的に高い屈折率を有する高屈折率材料を充填することによって第１の光導波路コアを形成し、かつ同じ前記高屈折率材料を少なくとも該第１の基板の下面に塗布する高屈折率材料充填ステップと、
前記第２の基板に実装された前記光素子の光軸を基準に、前記第１の基板を前記第２の基板の上面に対して平行に位置調整し、前記第１および第２の光導波路コアのそれぞれ一部が接触するように重ねることによって、前記第１および第２の光導波路コアの間の光接続部を形成する位置調整ステップと、
前記第１の基板の下面と前記第２の基板の上面との接合により、前記第１の基板の下面に塗布された前記高屈折率材料を前記第２の基板に形成された前記第２の溝に充填することによって第２の光導波路コアを形成する接合ステップとを含む、光モジュール製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光導波路、光モジュール、およびそれらの製造方法に関し、より特定的には、光通信等に用いられる光信号を分岐結合して伝搬させる光導波路、光モジュール、およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、公衆通信やコンピュータネットワーク等では、高速化、高機能化を目的として広帯域性をもつ光通信を利用し、波長多重光伝送や双方向光伝送の機能を付加した光通信システムが浸透しつつある。この光通信分野において、高度な光信号処理を行うために、各種機能を持つ光集積回路の研究が盛んに行われている。光集積回路は、光導波路を基本要素としており、光導波路は、屈折率の高いコア領域を相対的に屈折率の低いクラッド層で覆うことによって、コア領域に光を閉じこめて伝搬させるものであり、コアをパターン化して配列することで、多種の機能を実現している。特に、石英系光導波路は、低損失性、物理的・化学的安定性、光ファイバとの整合性等数々のメリットを有しており、代表的な受動光導波路となっている。光導波路の製造方法としては、コア・クラッド膜形成方法として火炎堆積法を用い、コアパターン形成法として反応性イオンエッチング法を用いるものが代表的である。上記コア・クラッド膜形成方法としては、火炎堆積法以外にＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、真空蒸着法、スパッタ法等も提案されている。
【０００３】
また、上記光導波路上に光半導体素子等を搭載し、小型化、多機能化、低コスト化する技術が有力視されており、現在盛んに研究が行われている。これらのモジュールでは、Ｓｉ基板上に石英系光導波路を形成した光導波路プラットホーム上に半導体レーザやフォトダイオードなどの光半導体素子を搭載し、集積化を行っている（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
図１０は、特許文献１で開示された光モジュールの構造を示す図である。図１０において、当該光モジュールは、予めエッチング等により加工を行ったＳｉ基板１０１上に、火炎堆積法等を用いて石英系の光導波路コア１０２ｃを有する光導波路基板１０２を形成する。その後、当該光モジュールは、光導波路基板１０２の余剰に堆積した石英系材料を除去した空間に対して、レーザダイオード（ＬＤ）１０３およびフォトダイオード（ＰＤ）１０４を実装する。これらＬＤ１０３およびＰＤ１０４は、Ｓｉ基板１０１あるいは光導波路基板１０２上に実装される。
【０００５】
光導波路コア１０２ｃは、光導波路基板１０２の側面に一方の端面１０２ｃａを形成している。また、光導波路コア１０２ｃは、ＰＤ１０４が実装される上記空間に形成される光導波路基板１０２の側面に他方の側面１０２ｃｂを形成している。そして、光導波路コア１０２ｃは、分岐路を有しており、当該分岐路を伝搬する光信号を端面１０２ｃａおよび１０２ｃｂ間に形成されている光導波路コア１０２ｃの中間点に形成される反射面１０２ｃｒで反射することによって端面１０２ｃａに伝送されるように当該分岐路が形成されている。この光導波路コア１０２ｃの分岐路は、反射面１０２ｃｒとＬＤ１０３が実装される上記空間に形成される光導波路基板１０２の側面とを接続し、当該側面に端面１０２ｃｃを形成する。
【０００６】
上述した光導波路コア１０２ｃの分岐部に形成されている反射面１０２ｃｒは、光フィルタ１０５によって構成されている。この光フィルタ１０５は、一体となったＳｉ基板１０１および光導波路基板１０２にダイシング等の加工によって溝を形成し、当該溝に挟入および固定することによって配置される。つまり、上記溝によって端面１０２ｃａおよび１０２ｃｂ間に形成されている光導波路コア１０２ｃがその中間点で切断され、上記溝は、光フィルタ１０５を挟入することによって埋められる。したがって、典型的には、光フィルタ１０５は、光導波路コア１０２ｃの断面形状より充分に大きな面積を有しており、反射面１０２ｃｒは、光フィルタ１０５の一方面の一部と光導波路コア１０２ｃの上記切断面とが接合することによって形成される。この光フィルタ１０５は、当該光モジュールに光波長多重等の機能を持たせるために、所望の波長範囲に含まれる波長を有する光信号を透過し、当該波長範囲以外の波長を有する光信号を反射させる特性を有している。
【０００７】
次に、上記光モジュールにおける光信号の伝搬について説明する。ＬＤ１０３は、光フィルタ１０５が反射する上記波長範囲に含まれる波長の光信号を端面１０２ｃｃに向けて出射する。ＬＤ１０３から出射した光信号は、端面１０２ｃｃから光導波路コア１０２ｃの分岐路を伝搬し、反射面１０２ｃｒに入射する。この光信号の波長が光フィルタ１０５が反射する上記波長範囲に含まれるため、反射面１０２ｃｒに入射した光信号は、反射面１０２ｃｒで反射し、光導波路コア１０２ｃの内部を端面１０２ｃａに向けて伝搬され、端面１０２ｃａから出射される。
【０００８】
一方、端面１０２ｃａから光導波路コア１０２ｃに、光フィルタ１０５が反射する上記波長範囲に含まない波長の光信号が入射する。この光信号は、端面１０２ｃａから光導波路コア１０２ｃ内を伝搬して、反射面１０２ｃｒに入射する。この光信号の波長が光フィルタ１０５が反射する上記波長範囲に含まれないため、反射面１０２ｃｒに入射した光信号は、反射面１０２ｃｒを透過し、光導波路コア１０２ｃの内部を端面１０２ｃｂに向けて伝搬され、端面１０２ｃｂから出射される。そして、端面１０２ｃｂから出射した光信号は、ＰＤ１０４に入射する。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１１−６８７０５号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記光モジュールの光導波路コア１０２ｃの分岐部は、伝搬する光信号の損失を抑制するために微細で高精度なパターンを形成する必要がある。例えば、ＬＤ１０３から出射され、反射面１０２ｃｒで反射した後、端面１０２ｃａから出射される光信号に対しては、端面１０２ｃａおよび１０２ｃｂ間に形成されている光導波路コア１０２ｃとその分岐路との間の角度を、当該光信号の反射角に合致させなければならない。さらに、上記反射角は、光フィルタ１０５と端面１０２ｃａおよび１０２ｃｂ間に形成されている光導波路コア１０２ｃおよびその分岐路との間で形成する角度も大きく影響する。この光フィルタ１０５の角度は、上述した一体となったＳｉ基板１０１および光導波路基板１０２に加工することによって形成される溝で決定されるため、高精度な溝加工が要求される。また、好ましくは、上記溝には光フィルタ１０５が隙間なく挟入されるのが望ましいが、このような寸法精度を安定させることが非常に困難であり、光フィルタ１０５は、若干の隙間を有した状態で上記溝に挟入される場合が多い。この場合、光フィルタ１０５と上記溝との隙間が光信号の伝搬に影響しない接着剤等で埋められる。しかし、上記光フィルタ１０５の角度は、上記隙間が接着剤等で埋められても、当該溝内部での光フィルタ１０５の反りや傾きによって大きく変化する。
【００１１】
このような上記光モジュールを伝搬する光信号の損失を抑制するためには、当該光信号がシングルモードの場合、±１μｍ以下の位置精度、位置調整、組立、および固定が必要となる。これらの位置精度を満足させるために、現状高精度な加工機等の製造機械を用いる必要があり、光軸調整等の位置調整については、何軸もの自動調整機構を備えたシステムで行われ、上記光モジュールの量産性および経済性の面で多大な問題を有していた。したがって、上記光モジュールについては、大量生産には不向きで低コスト化が困難であるという課題を有していた。
【００１２】
それ故に、本発明の目的は、光軸調整を容易にして、性能、低コスト性を兼ね備えた光導波路、光モジュール、およびそれらの製造方法を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記目的を達成するために、本発明は、以下に述べるような特徴を有している。
第１の発明は、光信号を分岐結合する光導波路であって、
その下面と平行に第１の光導波路コアが内部に形成された第１の基板と、
その上面と平行に第２の光導波路コアが内部に形成された第２の基板とを備え、
第１の基板の下面および第２の基板の上面を接合し、第１および第２の光導波路コアのそれぞれ一部が接触するように重ねることによって、第１および第２の光導波路コアの間の光接続部を形成する。
【００１４】
第１の発明によれば、第１および第２の光導波路コアが重なることによって形成される光接続部によって、受信した光信号を分岐したり、送信する光信号を結合する機能を実現できる。また、上記光分岐結合機能を備えるための第１および第２の光導波路コア同士の光軸調整は容易であり、その光導波路を低コストで大量生産することができる。
【００１５】
第２の発明は、第１の発明に従属する発明であって、
第１の光導波路コアは、第１の基板の下面に対して平行に形成された凹形状の第１の溝に、相対的に高い屈折率を有する高屈折率材料を充填することによって形成され、
第２の光導波路コアは、第２の基板の上面に対して平行に形成された凹形状の第２の溝に、相対的に高い屈折率を有する高屈折率材料を充填することによって形成され、
第１の基板の下面および第２の基板の上面とは、相対的に高い屈折率を有する高屈折率材料によって接合される。
【００１６】
第２の発明によれば、第１および第２の光導波路コアは、成形された第１および第２の溝に高屈折率材料を充填するだけで容易に形成することが可能であるため、低コストな光導波路を大量生産することが可能である。
【００１７】
第３の発明は、第１の発明に従属する発明であって、
第１および第２の基板が有する屈折率は、互いに異なっており、
第１および第２の光導波路コアの断面形状は、それらの断面形状の幅および高さの少なくとも一方が互いに異なっている。
【００１８】
第３の発明によれば、第１および第２の光導波路コアの断面形状と、第１および第２の基板の屈折率を調整することによって、伝搬する光信号に対して波長分離する機能を付加することができる。
【００１９】
第４の発明は、第１の発明に従属する発明であって、
第１の基板の下面および第２の基板の上面に対して互いの接合位置関係を調整することによって、その面積を増減させた光接続部を形成する。
【００２０】
第４の発明によれば、第１および第２の光導波路コアが重複する光接続部の面積を増減することで、受信した光信号を第１および第２の光導波路コアへ所望の分岐比で分岐したり、送信するそれぞれの光エネルギの比を調整することができる。
【００２１】
第５の発明は、第２の発明に従属する発明であって、
第１および第２の溝に充填し、かつ第１の基板の下面と第２の基板の上面とを接合する高屈折率材料は、同じ紫外線硬化樹脂であることを特徴とする。
【００２２】
第５の発明によれば、第１および第２の基板を接合する接合材料として、第１および第２の基板に形成された第１および第２の溝に充填する紫外線硬化樹脂と同じものを用いることによって、第１および第２の光導波路コアの形成と第１および第２の基板の接合とを、同じ高屈折率材料を用いて１度の作業工程で行うことができる。
【００２３】
第６の発明は、第２の発明に従属する発明であって、
第１および第２の溝に充填し、かつ第１の基板の下面と第２の基板の上面とを接合する高屈折率材料は、同じガラス系材料であることを特徴とする。
【００２４】
第６の発明によれば、第１および第２の基板を接合する接合材料として、第１および第２の基板に形成された第１および第２の溝に充填するガラス系材料と同じものを用いることによって、第１および第２の光導波路コアの形成と第１および第２の基板の接合とを、同じ高屈折率材料を用いて１度の作業工程で行うことができる。
【００２５】
第７の発明は、第２の発明に従属する発明であって、
第１および第２の基板は、低屈折率材料としてガラス系材料が第１および第２の溝を含めて成形されることによって形成されることを特徴とする。
【００２６】
第８の発明は、第２の発明に従属する発明であって、
第１および第２の基板は、低屈折率材料として透明樹脂が第１および第２の溝を含めて成形されることによって形成されることを特徴とする。
【００２７】
第７および第８の発明によれば、第１および第２の基板の内部に形成される第１および第２の光導波路コアを伝搬する光信号の光損失を低減し、容易にクラッドを形成することができる。
【００２８】
第９の発明は、第１の発明に従属する発明であって、
第１および第２の基板は、それぞれの所定の位置に設けられた位置決め用マーカを用いて位置決めされることを特徴とする。
【００２９】
第９の発明によれば、第１および第２の基板の光軸位置について、それぞれに設けられたマーカを用いて、容易に調整することができる。
【００３０】
第１０の発明は、光導波路および光素子の間に光信号を分岐結合して伝搬させる光モジュールであって、
その下面と平行に第１の光導波路コアが内部に形成された第１の基板と、
その上面と平行に第２の光導波路コアが内部に形成された第２の基板と、
第１および第２の基板の少なくとも一方に固定された光ファイバと、
第２の基板の上面の一部に実装され、第１および第２の光導波路コアのそれぞれの一方端面と光接続される複数の光素子とを備え、
第１の基板の下面および第２の基板の上面を接合し、第１および第２の光導波路コアのそれぞれ一部が接触するように重ねることによって、第１および第２の光導波路コアの間の光接続部を形成する。
【００３１】
第１０の発明によれば、第１および第２の光導波路コアが重なることによって形成される光接続部によって、受信した光信号を分岐したり、送信する光信号を結合する機能を実現できる。また、上記光分岐結合機能を備えるための第１および第２の光導波路コア同士の光軸調整は容易であり、その光モジュールを低コストで大量生産することができる。さらに、その光モジュールは、光ファイバおよび複数の光素子の間を送受信する光信号を光接続部を介して分岐結合して伝搬させることができる。
【００３２】
第１１の発明は、第１０の発明に従属する発明であって、
第１の光導波路コアは、第１の基板の下面に対して平行に形成された凹形状の第１の溝に、相対的に高い屈折率を有する高屈折率材料を充填することによって形成され、
第２の光導波路コアは、第２の基板の上面に対して平行に形成された凹形状の第２の溝に、相対的に高い屈折率を有する高屈折率材料を充填することによって形成され、
第１の基板の下面および第２の基板の上面とは、相対的に高い屈折率を有する高屈折率材料によって接合される。
【００３３】
第１２の発明は、第１０の発明に従属する発明であって、
第１および第２の基板が有する屈折率は、互いに異なっており、
第１および第２の光導波路コアの断面形状は、それらの断面形状の幅および高さの少なくとも一方が互いに異なっている。
【００３４】
第１３の発明は、第１０の発明に従属する発明であって、
第１の基板の下面および第２の基板の上面に対して互いの接合位置関係を調整することによって、その面積を増減させた光接続部を形成する。
【００３５】
第１４の発明は、第１１の発明に従属する発明であって、
第１および第２の溝に充填し、かつ第１の基板の下面と第２の基板の上面とを接合する高屈折率材料は、同じ紫外線硬化樹脂であることを特徴とする。
【００３６】
第１５の発明は、第１１の発明に従属する発明であって、
第１および第２の溝に充填し、かつ第１の基板の下面と第２の基板の上面とを接合する高屈折率材料は、同じガラス系材料であることを特徴とする。
【００３７】
第１６の発明は、第１１の発明に従属する発明であって、
第１および第２の基板は、低屈折率材料としてガラス系材料が第１および第２の溝を含めて成形されることによって形成されることを特徴とする。
【００３８】
第１７の発明は、第１１の発明に従属する発明であって、
第１および第２の基板は、低屈折率材料として透明樹脂が第１および第２の溝を含めて成形されることによって形成されることを特徴とする。
【００３９】
第１８の発明は、第１１の発明に従属する発明であって、
第１および第２の基板の少なくとも一方には、光ファイバをその条溝内面に沿わせて固定することによって第１および第２の光導波路コアのいずれかの他方端面および光ファイバの光軸を一致させる光ファイバ配列用溝が形成される。
【００４０】
第１８の発明によれば、光ファイバを光ファイバ配列用溝に沿わせて固定することによって、容易に光ファイバと第１あるいは第２の光導波路コアの光軸を一致させることができる。
【００４１】
第１９の発明は、第１８の発明に従属する発明であって、
第１および第２の基板は、第１および第２の溝および光ファイバ配列用溝から選択される少なくとも１つが型造された成形型を用いた成形によって形成されることを特徴とする。
【００４２】
第１９の発明によれば、第１および第２の溝および光ファイバ配列用溝が型造された成形型を用いて、第１および第２の基板をそれぞれ１度の成形工程で一体成形することが可能であり、低コストな光モジュールを大量生産することが可能である。
【００４３】
第２０の発明は、第１０の発明に従属する発明であって、
光素子は、光半導体素子であり、
第２の基板の上面には、伝送線路が形成され、
光素子は、伝送線路と電気的に接続される。
【００４４】
第２１の発明は、第２０の発明に従属する発明であって、
伝送線路は、マイクロストリップ線路およびコプレナー線路の一方であることを特徴とする。
【００４５】
第２０あるいは第２１の発明によれば、第２の基板に様々な機能が集積された光集積回路を構成できる。
【００４６】
第２２の発明は、光導波路および光素子の間に光信号を伝搬させる光モジュール製造方法であって、
その下面に対して凹形状の第１の溝がその下面と平行に形成された第１の基板を成形によって形成する第１の基板成形ステップと、
その上面に対して凹形状の第２の溝がその上面と平行に形成された第２の基板を成形によって形成する第２の基板成形ステップと、
第２の基板の上面に光素子を所定の位置に実装する光素子実装ステップと、
第１の基板に形成された第１の溝に第１および第２の基板が有する屈折率より相対的に高い屈折率を有する高屈折率材料を充填することによって第１の光導波路コアを形成し、かつ同じ高屈折率材料を少なくともその第１の基板の下面に塗布する高屈折率材料充填ステップと、
第２の基板に実装された光素子の光軸を基準に、第１の基板を第２の基板の上面に対して平行に位置調整し、第１および第２の光導波路コアのそれぞれ一部が接触するように重ねることによって、第１および第２の光導波路コアの間の光接続部を形成する位置調整ステップと、
第１の基板の下面と第２の基板の上面との接合により、第１の基板の下面に塗布された高屈折率材料を第２の基板に形成された第２の溝に充填することによって第２の光導波路コアを形成する接合ステップとを含む。
【００４７】
第２２の発明によれば、第１および第２の基板よりも相対的に高い屈折率を有する高屈折率材料を用いることによって、第１および第２の溝内部に充填されたそれらの高屈折率材料は、第１および第２の光導波路コアとして機能し、容易に光導波路コアを形成できる。そして、第１および第２の光導波路コアが重なることによって形成される光接続部によって、受信した光信号を分岐したり、送信する光信号を結合する光分岐結合機能を有する光モジュールを実現できる。また、上記光分岐結合機能を備えるための第１および第２の光導波路コアの光軸調整は容易であり、その光モジュールを低コストで大量生産することができるものである。さらに、その光モジュールの第１および第２の光導波路コアと、光素子の高さ方向の光軸調整も容易であり、他の方向の光軸調整についても第１の基板を第２の基板の上面に対して平行に位置を調整することによって、容易に調整することができるため、大量生産に向いた低コスト化が実現できる。さらに、その光モジュールの第１および第２の光導波路コアの形成および第１および第２の溝を含んだ第１および第２の基板の成形も容易であるため、低コストな光モジュールを大量生産することが可能である。
【００４８】
【発明の実施の形態】
図１を参照して、本発明の一実施形態に係る光モジュールの構造について説明する。なお、図１は、当該光モジュールの斜視図である。図１において、当該光モジュールは、第１の基板１、第２の基板２、フォトダイオード（ＰＤ）３、レーザダイオード（ＬＤ）４、および光ファイバ５を備えている。なお、以下の説明では、当該光モジュールをＰＤおよびＬＤ３および４側から見た面を正面、光ファイバ５側から見た面を背面、第１の基板１側から見た面を上面、第２の基板２側から見た面を下面、該正面から右側の側面を右側面、および該正面から左側の側面を左側面として説明を行う。また、後述するように、第１の基板１、第２の基板２、および光ファイバ５は、互いに接着剤等の接合材料で固定されるが、図１では説明を簡単にするために、当該接合材料を図示しない。
【００４９】
第２の基板２は略直方体形状を有しており、その上面には、高さ方向（図示Ｚ軸方向）に対して段差が形成され、該上面は、この段差によって互いに平行の上段面および下段面が形成される。なお、上記段差を形成する段差形成面２ｓは、第２の基板２の正面に向けて形成される。
【００５０】
第２の基板２の上段面の一部は、第１の基板１の下面と接合される。なお、第１の基板１の下面および第２の基板２の上段面とは、所定の接合材料にて接合され、接合材料厚さγが形成されるが、ここでは図示せず接合部の詳細については後述する。また、第２の基板２内部には、第２の光導波路コア２ｃが形成される。第２の光導波路コア２ｃは、第２の基板２の内部で、かつ上記第１の基板１の下面との接合面と接する位置に形成される。また、第２の光導波路コア２ｃは、第２の基板２の上段面のほぼ中央部と段差形成面２ｓのほぼ中央部とを結ぶ図示Ｙ軸方向に形成されており、該段差形成面２ｓ（正面側）に一方端面２ｃａが形成される。また、第２の基板の上段面のほぼ中央部（背面側）には、第２の光導波路コア２ｃの他方端面２ｃｂが形成される。
【００５１】
また、第２の基板２の上段面には、その上段面に対して凹形状を有する光ファイバ配列用溝２ｆが形成される。この光ファイバ配列用溝２ｆは、上記第２の光導波路コア２ｃと同一の方向の溝として形成され、第２の基板２のほぼ中央部に配置される第２の光導波路コア２ｃの他方端面２ｃｂを含む面と、第２の基板２の上記Ｙ軸方向の背面とを空間で結んでいる。以下の説明では、光ファイバ配列用溝２ｆによって形成される第２の基板２の背面側の開口部を背面開口部とし、光ファイバ配列用溝２ｆによって形成される第２の光導波路コア２ｃの他方端面２ｃｂを含む面を光ファイバ配列用溝２ｆの正面とする。なお、第２の光導波路コア２ｃおよび光ファイバ配列用溝２ｆの詳細な位置については、後述する。
【００５２】
第２の基板２の下段面には、所定の電極パターンおよび伝送線路２ｐが形成される。なお、第２の基板２の下段面に形成される伝送線路２ｐについては、マイクロストリップ線路あるいはコプレナー線路で構成することが可能である。
【００５３】
第１の基板１は略直方体形状を有しており、その正面と第２の基板２の段差形成面２ｓとが同一平面上に配置されるように、その下面および第２の基板２の上段面が接合される。第１の基板１内部には、第１の光導波路コア１ｃが形成される。第１の光導波路コア１ｃは、第１の基板１の内部で、かつ上記第２の基板２の上段面との接合面と接する位置に形成される。また、第１の光導波路コア１ｃは、第１の基板１のほぼ中央部と正面の中央から左側面側に所定寸法ずれた部位とを結ぶ方向（つまり、図示Ｙ軸方向および第２の光導波路コア２ｃに対して、所定の角度を有する方向）に形成されており、該正面に一方端面１ｃａが形成される。一方、第１の光導波路コア１ｃは、第１の基板１の下面中央部付近で、かつ第１の基板１の内部に形成される傾斜面１ｃｓによって他方端面が構成される。第１の光導波路コア１ｃの他方端部は、この傾斜面１ｃｓおよび第１の基板１の下面に挟まれることによって先狭の楔形に形成され、その最狭部が該下面に一致する。そして、第１の基板１の下面で形成される第１の光導波路コア１ｃの上記他方端部の一方面は、第１および第２の基板１および２が接合されることによって、少なくとも第２の光導波路コア２ｃの上面側の面の一部と上記接合材料を介して接続され、それぞれ光接続部を構成する。つまり、傾斜面１ｃｓは、第２の光導波路コア２ｃとの上記光接続部に対して、図示Ｚ軸方向（上面側）に形成される。なお、第１の光導波路コア１ｃの詳細な位置については、後述する。
【００５４】
ＰＤ３およびＬＤ４は、第２の基板２の下段面上に実装される。このＰＤ３は、その受光部の光軸が第１の基板１に形成される第１の光導波路コア１ｃの正面に形成される端面１ｃａから出射される光信号の光軸と一致するように実装される。また、ＬＤ４は、その発光部の光軸が第２の基板２に形成される第２の光導波路コア２ｃの段差形成面２ｓに形成される端面２ｃａの光軸と一致するように実装される。なお、ＰＤ３およびＬＤ４の詳細な位置については、後述する。また、ＰＤ３およびＬＤ４は、第２の基板２の下段面に形成される電極パターンおよび伝送線路２ｐと電気的に接続される。
【００５５】
光ファイバ５は、第２の基板２に形成されている光ファイバ配列用溝２ｆに沿って、光ファイバ配列用溝２ｆと所定の接合材料で固定される。光ファイバ５は、その光軸が第２の基板２に形成される第２の光導波路コア２ｃの光軸と一致するように配置され、第２の光導波路コア２ｃの他方端面２ｃｂおよび光ファイバ５の一方端面とが接合される。つまり、光ファイバ５、第２の光導波路コア２ｃ、およびＬＤ４の発光部の光軸は、互いに一致しており、ＬＤ４は、第２の光導波路コア２ｃおよび光ファイバ５を介して、光信号を送信することが可能である。また、光ファイバ５から第２の光導波路コア２ｃに出射される光信号は、上述した第１および第２の光導波路コア１ｃおよび２ｃの光接続部を介して第１の光導波路コア１ｃを伝搬し、ＰＤ３で受信することが可能であるが、これら光信号の伝搬動作については後述する。また、光ファイバ５の詳細な位置についても、後述する。
【００５６】
次に、図２を参照して、本発明の光モジュールの上面から見た構造について説明する。上述したように、第２の基板２内部には、第２の光導波路コア２ｃが形成される。第２の光導波路コア２ｃは、段差形成面２ｓのほぼ中央に形成される一方端面２ｃａと、第２の基板２の上段面のほぼ中央部に形成される光ファイバ配列用溝２ｆの正面に対して同一平面上に形成される他方端面２ｃｂとを結ぶ図示Ｙ軸方向に形成されている。また、第２の光導波路コア２ｃの光軸Ｌ２は、光ファイバ配列用溝２ｆに沿って配置される光ファイバ５および第２の基板２の下段面に実装されるＬＤ４の発光部４ａの光軸と互いに一致して配置される。また、第２の光導波路コア２ｃの他方端面２ｃｂと光ファイバ５の一方端面とは、接合されている。
【００５７】
一方、第１の基板１内部には、第１の光導波路コア１ｃが形成される。上述したように、第１の光導波路コア１ｃは、第１の基板１の正面の中央から左側面側に所定寸法ずれた部位に形成される一方端面１ｃａと、第１の基板１のほぼ中央部に形成される傾斜面１ｃｓとを結ぶ図示Ｙ軸方向および第２の光導波路コア２ｃに対して所定の角度を有する方向に形成されている。また、第１の光導波路コア１ｃの光軸Ｌ１は、第２の基板２の下段面に実装されるＰＤ３の受光部３ａと交差するように配置される。そして、第１および第２の光導波路コア１ｃおよび２ｃのそれぞれの一部が、図示Ｚ軸方向（紙面の垂直方向）で重複し、当該重複領域によって上述した光接続部を構成している。第１および第２の光導波路コア１ｃおよび２ｃが重複する光接続部の図示Ｚ軸方向に、少なくともその一部が当該Ｚ軸方向に重複するように傾斜面１ｃｓが配置される。なお、図２では、第１および第２の光導波路コア１ｃおよび２ｃの光軸Ｌ１およびＬ２を、それぞれ直線で構成したが、光軸Ｌ１を上記光接続部付近で光軸Ｌ２とほぼ平行になるように第１の光導波路コア１ｃを曲げ形状に形成することによって、図示Ｚ軸方向に上記傾斜面１ｃｓが上記光接続部に完全に含まれるように配置してもかまわない。
【００５８】
次に、図３を参照して、本発明の光モジュールの右側面から見た構造について説明する。図３において、上述したように第１および第２の基板１および２は、互いにその下面および上段面で図示しない接合材料で接合されている。第２の光導波路コア２ｃは、その接合部と接するように図示Ｚ軸方向に深さβで第２の基板２側に形成されている。また、第１の光導波路コア１ｃは、その接合部と接するように図示Ｚ軸方向に深さαで第１の基板１側に形成されている。そして、第１および第２の光導波路コア１ｃおよび２ｃは、上述した図示Ｚ軸方向で重複する光接続部領域で上記接続材料を介して接続されている。また、ＬＤ４は、第２の基板２の下段面に実装されており、光ファイバ５は、第２の基板２に形成された光ファイバ配列用溝２ｆに沿って、第２の基板２に図示しない接合材料で固定されている。そして、第２の基板２に形成される光ファイバ配列用溝２ｆの正面、第１の基板１の背面、および光ファイバ５の一方端面とは、互いに同一平面上に一致するように固定される。つまり、光ファイバ５の一方端面は、光ファイバ配列用溝２ｆの正面の一部および第１の基板１の背面の一部と接合される。また、第１の基板１の正面および第２の基板２の正面側に形成される段差形成面２ｓは、互いに同一平面上に一致するように接合される。そして、光ファイバ５の光軸、第２の光導波路コア２ｃの光軸、およびＬＤ４の発光部４ａの中心は、互いに光軸Ｌ２上で一致するように配置される。なお、ＰＤ３も、その受光部３ａと第１の光導波路コア１ｃの光軸Ｌ１と交差するように第２の基板２の下段面に実装されるが、ここでは、図示を省略する。
【００５９】
次に、図４を参照して、本発明の光モジュールの正面から見た構造について説明する。なお、図４では、説明を簡単にするために、当該光モジュールの正面に配置されるＰＤ３およびＬＤ４については図示を省略する。図４において、上述したように第１および第２の基板１および２の下面および上段面は、所定の接合材料で接合されている。上記接合材料は、接合材料厚さγを有する接合材料層６を形成している。また、上記接合材料と第１および第２の光導波路コア１ｃおよび２ｃとの材料は、好ましくは高屈折率材料としてのガラス系材料や紫外線硬化樹脂等が用いられる。つまり、上述したように第１および第２の光導波路コア１ｃおよび２ｃが接合材料層６と接するように形成されているため、接合材料層６と第１および第２の光導波路コア１ｃおよび２ｃとは、同一の材料で構成された場合、一体で形成することができる。このように、接合材料層６と第１および第２の光導波路コア１ｃおよび２ｃとを同一の接合材料で構成することによって、後述する当該光モジュールの製造が容易になる。
【００６０】
ここで、本発明の光モジュールの第１および第２の光導波路コア１ｃおよび２ｃにおける光軸位置について説明する。上述したように、接合材料層６と第１および第２の光導波路コア１ｃおよび２ｃとが、高屈折率材料としてのガラス系材料や紫外線硬化樹脂等の同一の材料で、接合材料層６の接合材料厚さγと第１および第２の光導波路コア１ｃおよび２ｃの高さ方向（図示Ｚ軸方向）の深さαおよびβで形成される。このとき、図示Ｚ軸方向における第１の光導波路コア１ｃの光軸Ｌ１の位置は、（α＋γ）／２となる。また、図示Ｚ軸方向における第２の光導波路コア２ｃの光軸Ｌ２の位置は、（β＋γ）／２となる。当該光モジュールでは、第２の基板２の下段面からこれらの光軸Ｌ１およびＬ２までの高さと、ＰＤ３の実装面から受光部３ａまでの高さおよびＬＤ４の実装面から発光部４ａまでの高さとを、予め合致するように調整することによって、図示Ｚ軸方向の位置を容易に一致させることができる。
【００６１】
次に、図５を参照して、本発明の光モジュールの背面から見た構造について説明する。図５において、上述したように第１および第２の基板１および２の下面および上段面は、接合材料層６によって接合されている。また、第２の基板２に形成されている光ファイバ配列用溝２ｆの開口部の段面形状は２等辺３角形であり、等しい２辺間の挟角の頂点が上記光軸Ｌ２と平行にＺ軸方向上に配置され、他の２頂点は第２の基板２の上段面上に配置される。光ファイバ配列用溝２ｆに沿って背面開口部側から光ファイバ５が配置され、光ファイバ５は、その外周面の２ヶ所が光ファイバ配列用溝２ｆと接して第２の基板２に固定される。
【００６２】
ここで、本発明の光モジュールの第２の光導波路コア２ｃおよび光ファイバ５のコア５ｃにおける光軸位置について説明する。接合材料層６および第２の光導波路コア２ｃが、高屈折率材料としてのガラス系材料や紫外線硬化樹脂等の同一の材料で、接合材料層６の接合材料厚さγおよび第２の基板２における第２の光導波路コア２ｃの高さ方向（図示Ｚ軸方向）の深さβで形成された場合、図示Ｚ軸方向における第２の光導波路コア２ｃ光軸Ｌ２の位置は、（β＋γ）／２となる。一方、光ファイバ配列用溝２ｆは、その内面に沿って光ファイバ５を配置した場合、配置された光ファイバ５の光軸が、第２の光導波路コア２ｃの光軸Ｌ２と一致するように形成される。つまり、光ファイバ５を光ファイバ配列用溝２ｆに沿って配置し固定することによって、光ファイバ５のコア５ｃの光軸と、第２の光導波路コア２ｃの光軸Ｌ２とを容易に一致させることができる。
【００６３】
次に、図１〜図５を参照して、本発明の光モジュールで送受信する光信号の動作について説明する。当該光モジュールで受信する光信号は、光ファイバ５を伝搬して光ファイバ５の上記一方端面から第２の光導波路コア２ｃに入射する。このとき、光ファイバ５の上記一方端面および第２の光導波路コア２ｃの他方端面２ｃｂが接合されており、それぞれの光軸も一致して配置されているため、非常に小さい損失で上記光信号を伝搬することができる。
【００６４】
そして、第２の光導波路コア２ｃに入射した上記光信号は、第２の光導波路コア２ｃ内を伝搬し、上述した光接続部に到達する。この光接続部では、第１および第２の光導波路コア１ｃおよび２ｃが、接合材料層６を介して光接続されているので、上記光信号の一部は、当該光接続部から接合材料層６を介して第１の光導波路コア１ｃへ分岐する。つまり、上記光信号は、第１および第２の光導波路コア１ｃおよび２ｃに分岐して伝搬される。
【００６５】
ここで、第１の光導波路コア１ｃを伝搬する光信号の波長について説明する。一般的に、光導波路を導波できる光信号の波長は、コアおよびクラッドの屈折率やコア寸法に依存し、当該波長によっても屈折率が変化する。以下、光導波路を導波する光信号が０次モードで波長が１．３μｍおよび１．５５μｍを一例として、説明を行う。
【００６６】
図６（ａ）は、波長１．３μｍにおける等価屈折率の光導波路深さ依存性を示すグラフであり、図６（ｂ）は、波長１．５５μｍにおける等価屈折率の光導波路深さ依存性を示すグラフである。図６（ａ）および図６（ｂ）共に、横軸を光導波路深さ（μｍ）、縦軸を等価屈折率を示している。
【００６７】
図６（ａ）において、本発明の光モジュールは、波長１．３μｍにおいて、第１の光導波路コア１ｃの屈折率を１．５１１、第１の光導波路コア１ｃ以外の第１の基板１の屈折率を１．５０４、第２の光導波路コア２ｃ以外の第２の基板２の屈折率を１．５０９で構成されているとする。図６（ａ）は、このような屈折率で構成される光モジュールにおける、等価屈折率の第１の光導波路コア１ｃの深さ依存性を示している。なお、このグラフで示す第１の光導波路コア１ｃの深さとは、接合材料層６の厚さを含んでおり、つまり、深さα＋厚さγで示される寸法である（図４参照）。
【００６８】
図６（ａ）に示すように、第１の光導波路コア１ｃの深さ依存性を示す実線は、等価屈折率１．５０９を示す横軸と深さ２．８μｍで交差している。この等価屈折率１．５０９以下の領域は、上述した波長１．３μｍにおける第２の基板２の屈折率が１．５０９より低い等価屈折率を示す領域であるため、当該領域における導波モードは存在しない。すなわち、０次モードで波長１．３μｍの光信号におけるカットオフ深さが２．８μｍであり、上記第１の光導波路コア１ｃ深さα＋γは、２．８μｍより大きければ０次モードの波長１．３μｍの光信号が第１の光導波路コア１ｃを導波することになる。
【００６９】
一方、図６（ｂ）において、上述した光モジュールは、波長１．５５μｍの場合、第１の光導波路コア１ｃの屈折率が１．５０７、第１の光導波路コア１ｃ以外の第１の基板１の屈折率が１．５０１、第２の光導波路コア２ｃ以外の第２の基板２の屈折率が１．５０６で構成される。図６（ｂ）は、このような屈折率で構成される光モジュールにおける、等価屈折率の第１の光導波路コア１ｃの深さ依存性を示している。なお、このグラフで示す第１の光導波路コア１ｃの深さも、接合材料層６の厚さを含んだ深さα＋厚さγで示される寸法である（図４参照）。
【００７０】
図６（ｂ）に示すように、第１の光導波路コア１ｃの深さ依存性を示す実線は、等価屈折率１．５０６を示す横軸と深さ５．３μｍで交差している。この等価屈折率１．５０６以下の領域は、上述した波長１．５５μｍにおける第２の基板２の屈折率が１．５０６より低い等価屈折率を示す領域であるため、当該領域における導波モードは存在しない。すなわち、０次モードで波長１．５５μｍの光信号におけるカットオフ深さが５．３μｍであり、上記第１の光導波路コア１ｃ深さα＋γは、５．３μｍより大きければ０次モードの波長１．５５μｍの光信号が第１の光導波路コア１ｃを導波することになる。なお、上述した第１の光導波路コア１ｃの深さ依存性は、第２の光導波路コア２ｃにおいても第１の光導波路コア１ｃと同一の材料で構成されることによって、同様の特性が示される。
【００７１】
例えば、このような等価屈折率の第１および第２の光導波路コア１ｃおよび２ｃの深さ依存性に基づいて、第１の光導波路コア１ｃの深さαに接合材料層６の厚さγを加えた寸法α＋γ＝４μｍ、第２の光導波路コア２ｃの深さβに接合材料層６の厚さγを加えた寸法β＋γ＝８μｍとした場合、光ファイバ５から第２の光導波路コア２ｃに波長１．３μｍおよび１．５５μｍの光信号が入射すると、第１の光導波路コア１ｃには、波長１．３μｍの光信号のみが導波される。つまり、第１および第２の光導波路コア１ｃおよび２ｃの深さαおよびβと、接合材料層６の厚さγとを変化させることによって、本発明の光モジュールは、所望の波長分離機能を持たせることができる。
【００７２】
このような所望の波長分離機能を有する光モジュールにおける、第１および第２の光導波路コア１ｃおよび２ｃの深さαおよびβと、接合材料層６の厚さγとを設定する方法について説明する。ここで、第２の光導波路コア２ｃには０次モードの波長λ１およびλ２（λ１＜λ２）の光信号を導波させ、第１の光導波路コア１ｃには０次モードの波長λ１の光信号のみを導波させるものとする。また、第１および第２の光導波路コア１ｃおよび２ｃの屈折率を、波長λ１において屈折率ｎ１１、波長λ２において屈折率ｎ１２とする。また、第２の光導波路コア２ｃ以外の第２の基板２の屈折率を、波長λ１において屈折率ｎ２１、波長λ２において屈折率ｎ２２とする。また、第１の光導波路コア１ｃ以外の第１の基板１の屈折率を、波長λ１において屈折率ｎ３１、波長λ２において屈折率ｎ３２とする。なお、屈折率ｎ２１≠ｎ３１および屈折率ｎ２２≠ｎ３２とする。このように構成される光モジュールにおいて、第１の光導波路コア１ｃの深さαに接合材料層６の厚さγを加えた寸法α＋γを、
【数１】
2004078158.tif 000003
で設定する。一方、第２の光導波路コア２ｃの深さβに接合材料層６の厚さγを加えた寸法β＋γを、
【数２】
2004078158.tif 000004
で設定する。このように、第１および第２の光導波路コア１ｃおよび２ｃの深さαおよびβと、接合材料層６の厚さγと、それぞれの屈折率とを設定することによって、第２の光導波路コア２ｃには０次モードの波長λ１およびλ２の光信号を導波させ、第１の光導波路コア１ｃには０次モードの波長λ１の光信号のみを導波させる所望の波長分離機能を有する光モジュールを実現することができる。
【００７３】
図１〜図５に戻り、上記光接続部で分岐した光信号は、第１の光導波路コア１ｃをその深さαに応じた波長の光信号のみ伝搬され、端面１ｃａから出射される。そして、端面１ｃａから出射された光信号は、ＰＤ３の受光部３ａに入射する。
【００７４】
一方、ＬＤ４の発光部４ａから出射される光信号は、第２の光導波路コア２ｃの端面２ｃａから入射し、第２の光導波路コア２ｃを伝搬して端面２ｃｂに到達する。そして、上記光信号は、端面２ｃｂと接合している光ファイバ５の一方端面に入射し、光ファイバ５を伝搬していく。
【００７５】
なお、上述したような波長分離機能が不要である場合、本発明の光モジュールでは、第１および第２の光導波路コア１ｃおよび２ｃの深さαおよびβは、同じ深さにしてもかまわないし、上述した式（１）および式（２）のような設定をしなくてもよい。この場合、当該光モジュールは、上記波長分離機能を持たない単純な光分岐を行う光モジュールとして用いることができる。
【００７６】
また、上述したように、第１および第２の光導波路コア１ｃおよび２ｃのそれぞれの一部が、Ｚ軸方向（図２紙面の垂直方向）で重複し、当該重複領域によって光接続部を構成している。第１および第２の基板１および２の相対的な位置関係を調整することによって、上記重複領域の面積を調整することができる。つまり、第１および第２の光導波路コア１ｃおよび２ｃが重複する光接続部の面積を増減することができる。例えば、上記光接続部の面積を相対的に小さくすることによって、第１の光導波路コア１ｃへ分岐する光エネルギが少なくなり、上記光接続部の面積を相対的に大きくすることによって、第１の光導波路コア１ｃへ分岐する光エネルギが多くなる。したがって、光接続部の面積を増減することで、光ファイバ５から入射する光信号を第１および第２の光導波路コア１ｃおよび２ｃへ所望の分岐比で分岐することができる。なお、当該光モジュールを光結合器として機能させる場合、光接続部の面積を増減することで、第１および第２の光導波路コア１ｃおよび２ｃから光ファイバ５へ出射するそれぞれの光エネルギの比を調整できることは言うまでもない。
【００７７】
次に、図７を参照して、本発明の光モジュールの製造方法として、第１の基板１の詳細な構造について説明する。なお、図７は、第１の光導波路コア１ｃを形成する前の第１の基板１を下面側から見た斜視図である。図７において、第１の基板１の下面に対して凹形状に、第１の光導波路コア用溝１ｃｇが形成されている。この第１の光導波路コア用溝１ｃｇは、その内部に高屈折率材料としてのガラス系材料や紫外線硬化樹脂等を充填することによって、第１の光導波路コア１ｃを形成する溝である。したがって、上記第１の光導波路コア用溝１ｃｇは、上述した第１の光導波路コア１ｃの形状と同様に形成され、その溝深さ（図示Ｚ軸方向の深さ）は、第１の基板１の下面と平行に深さαである。そして、第１の光導波路コア用溝１ｃｇは、第１の基板１のほぼ中央部と正面の中央から左側面側に所定寸法ずれた部位とを結ぶ方向（つまり、図示Ｙ軸方向に対して、所定の角度を有する方向）を延伸方向とした略直方体形状であり、その一方端は、該正面に溝開口部１ｃｇａが形成される。また、第１の光導波路コア用溝１ｃｇの他方端は、第１の基板１の下面中央部付近に形成される溝傾斜面１ｃｇｓで終端する。第１の光導波路コア用溝１ｃｇの他方端は、この溝傾斜面１ｃｇｓおよび第１の基板１の下面に挟まれることによって先狭の楔形に形成され、その最浅部が該下面に一致する。なお、この溝傾斜面１ｃｇｓは、前述した第１の光導波路コア１ｃの傾斜面１ｃｓを形成するための形成面であり、他の詳細な形状は、前述の傾斜面１ｃｓと同様である（図１〜図３参照）。
【００７８】
第１の基板１は、好ましくは、ガラスもしくは透明樹脂等の低屈折率の材料を用いて成形される。その成形に用いられる成形型は、第１の基板１の全体形状に加えて、上述した第１の光導波路コア用溝１ｃｇが成形されるように型造される。したがって、第１の光導波路コア用溝１ｃｇが形成された第１の基板１は、上記成形型を用いて低屈折率の材料を成形することによって容易に製造することができる。なお、第１の基板１上面の所定の位置には、後述するＰＤ３に対する位置決めを行うためのマーカ１ｍ（図示せず）が上記成形時に同時に形成される。
【００７９】
次に、図８を参照して、本発明の光モジュールを構成する第２の基板２の詳細な構造について説明する。なお、図８は、第２の基板２を上面側から見た斜視図である。図８において、第２の基板２は略直方体形状を有しており、その上面には、段差形成面２ｓによって互いに平行の上段面および下段面が形成されている。なお、段差形成面２ｓは、第２の基板２の正面に向かって形成される。
【００８０】
そして、第２の基板２の上段面に対して凹形状に、上述した光ファイバ配列用溝２ｆおよび第２の光導波路コア用溝２ｃｇが形成されている。この第２の光導波路コア用溝２ｃｇは、その内部に高屈折率材料としてのガラス系材料や紫外線硬化樹脂等を充填することによって、第２の光導波路コア２ｃを形成する溝である。したがって、上記第２の光導波路コア用溝２ｃｇは、上述した第２の光導波路コア２ｃの形状と同様に形成され、その溝深さ（図示Ｚ軸方向の深さ）は、第２の基板２の上段面と平行に深さβである。また、上述したように光ファイバ配列用溝２ｆおよび第２の光導波路コア用溝２ｃｇは、同一方向に形成されている。第２の光導波路コア用溝２ｃｇは、その溝形状が図示Ｙ軸方向を延伸方向とした略直方体形状であり、その一方端は、段差形成面２ｓに一方側溝開口部２ｃｇａが形成される。また、第２の光導波路用コア溝２ｃｇの他方端は、光ファイバ配列用溝２ｆの正面に他方側溝開口部２ｃｇｂが形成される。また、光ファイバ配列用溝２ｆは、その溝形状が図示Ｙ軸方向を延伸方向とした２等辺３角柱形状であり、その等しい２辺間の挟角の頂点を結ぶ直線が第２の光導波路コア用溝２ｃｇのＹ軸方向の中心軸と平行にＺ軸方向にずらして配置され、他の２頂点を結ぶ直線が第２の基板２の上段面上に配置されるように形成される。なお、上述したように光ファイバ配列用溝２ｆは、その内面に沿って光ファイバ５を配置した場合、配置された光ファイバ５の光軸が、第２の光導波路コア２ｃを伝搬する光の光軸と一致するように形成される。
【００８１】
第２の基板２は、好ましくは、ガラスもしくは透明樹脂等の低屈折率の材料を用いて成形される。その成形に用いられる成形型は、第２の基板２の全体形状に加えて、上述した第２の光導波路コア用溝２ｃｇおよび光ファイバ配列用溝２ｆが成形されるように型造される。したがって、第２の光導波路コア用溝２ｃｇおよび光ファイバ配列用溝２ｆが形成された第２の基板２は、上記成形型を用いて低屈折率の材料を成形することによって容易に製造することができる。なお、第２の基板２の下段面の所定の位置には、後述するＬＤ４に対する位置決めを行うためのマーカ２ｍ（図示せず）が上記成形時に同時に形成される。
【００８２】
次に、図９を参照して、当該光モジュールの組立方法について説明する。図９において、まず、第２の基板２の下段面にＰＤ３およびＬＤ４が所定の位置に実装される。なお、好ましくは、ＰＤ３に設けられている受光部３ａの実装面からの中心高さは、第１の光導波路コア１ｃの光軸の実装面からの高さと一致させる。また、ＬＤ４に設けられている発光部４ａの実装面からの中心高さは、第２の光導波路コア２ｃの光軸の実装面からの高さと一致させる。このように、受光部３ａおよび発光部４ａの上記高さ、あるいは、段差形成面２ｓの図示Ｚ軸方向の高さ等を調整し、予めそれぞれの図示Ｚ軸方向の光軸位置を一致させることによって、ＰＤ３と、ＬＤ４と、第１および第２の光導波路コア１ｃおよび２ｃとの図示Ｚ軸方向の光軸合わせが容易になる。また、ＰＤ３およびＬＤ４には、図示Ｘ軸方向に対する光軸位置決めを行うためのマーカ３ｍおよび４ｍが設けられている。したがって、ＬＤ４は、図示Ｘ軸方向の位置を当該ＬＤ４に設けられたマーカ４ｍおよび第２の基板２の下段面に設けられたマーカ２ｍを用いて、Ｘ軸方向の光軸が調整され、第２の基板２の下段面に実装される。
【００８３】
次に、第１の基板１の下面および第１の光導波路コア用溝１ｃｇに、高屈折率の接合材料としてガラス系材料や紫外線硬化樹脂等を塗布して充填する。好ましくは、上記接合材料の塗布をスピンコーティングで行い、その回転数を５００〜８０００ｒｐｍの範囲で行う。これによって、第１の基板１の下面に、上述した第１の光導波路コア１ｃおよび接合材料層６が形成される。
【００８４】
そして、第１の基板１の下面および第２の基板２の上段面を貼り合わせることによって、第１の基板１の下面および第２の基板２の上段面とが接合材料層６によって接合される。この貼り合わせによって、第２の基板２に形成されている第２の光導波路コア用溝２ｃｇには、接合材料層６が充填される。つまり、第２の光導波路コア用溝２ｃｇには、接合材料層６の高屈折率の接合材料としてガラス系材料や紫外線硬化樹脂等が充填される。このとき、第１の光導波路コア１ｃおよびＰＤ３に設けられている受光部３ａの光軸調整は、図示Ｚ軸方向は不要であるが、図示Ｘ軸方向については、ＰＤ３に設けられたマーカ３ｍおよび第１の基板１の成形時にその上面に設けたマーカ１ｍを用いて、ＰＤ３を基準に第１の基板１を移動させることによって位置決めされる。そして、第１の基板１と接合された第２の基板２の光ファイバ配列用溝２ｆに高屈折率の接合材料としてガラス系材料や紫外線硬化樹脂等を塗布して充填し、当該光ファイバ配列用溝２ｆに沿って光ファイバ５を配置し、光ファイバ５の一方端面を光ファイバ配列用溝２ｆの正面および第１の基板１の背面と接合する。
【００８５】
なお、第１および第２の基板１および２の位置合わせは、ＰＤ３に設けられたマーカ３ｍを用いなくてもかまわない。例えば、第１および第２の基板１および２にそれぞれ設けられた別のマーカを用いて、第１および第２の基板１および２の位置合わせを行ってもいいし、第１および第２の光導波路コア１ｃおよび２ｃに対する画像処理等を用いて、それぞれの位置を合わせることにより、第１および第２の基板１および２の位置合わせを行ってもかまわない。また、第２の光導波路コア２ｃおよび光ファイバ５は、光軸が一致した状態で配置されているため、第１の基板１および第２の基板２とを貼り合わせる際に、光ファイバ５からの出力をＰＤ３で観測することによって、第１および第２の基板１および２の位置合わせを行ってもかまわない。また、上記貼り合わせ前の接合材料層６の形成は、第１の基板１の下面と接合する第２の基板２の上段面の領域に形成してもかまわない。これは、第２の基板２の上段面の上記領域と、第２の光導波路コア用溝２ｃｇおよび光ファイバ配列用溝２ｆとに、高屈折率の接合材料としてガラス系材料や紫外線硬化樹脂等を塗布して充填する。好ましくは、上記接合材料の塗布をスピンコーティングで行い、その回転数を５００〜８０００ｒｐｍの範囲で行う。これによって、第２の基板２の上段面に、上述した第２の光導波路コア２ｃおよび接合材料層６が形成され、その後、第１の基板１の下面と貼り合わせても同様の接合が可能であることは言うまでもない。
【００８６】
次に、光軸調整を含めた位置合わせが完了した第１および第２の基板１および２、および光ファイバ５の接合部に紫外線を照射することによって、該接合部および第１および第２の光導波路コア用溝１ｃｇおよび２ｃｇに充填された紫外線硬化樹脂を硬化させ、互いに固定される。そして、第１および第２の光導波路コア用溝１ｃｇおよび２ｃｇ内で硬化した紫外線硬化樹脂は、第１および第２の基板１および２よりも高い屈折率を有するものを用いているため、第１および第２の光導波路コア１ｃおよび２ｃとして機能する。これにより光分岐結合機能を有する光モジュールが完成する。
【００８７】
なお、上述した当該光モジュールにおける光軸調整は、先に第１および第２の基板１および２を固定した後、ＰＤ３およびＬＤ４の位置を調整し、該ＰＤ３およびＬＤ４を実装してもかまわない。
【００８８】
このように、第１の基板１および第２の基板２よりも高い屈折率を有するガラス系材料や紫外線硬化樹脂等を用いることによって、第１および第２の光導波路コア用溝１ｃｇおよび２ｃｇ内部に充填されたガラス系材料や紫外線硬化樹脂は、第１および第２の光導波路コア１ｃおよび２ｃとして機能する。そして、第１および第２の光導波路コア１ｃおよび２ｃの接続によって、受信した光信号を分岐したり、送信する光信号を結合する光分岐結合機能を有する光モジュールを実現できる。また、第１および第２の光導波路コア１ｃおよび２ｃが重複する光接続部の面積を増減することで、光ファイバ５から入射する光信号を第１および第２の光導波路コア１ｃおよび２ｃへ所望の分岐比で分岐したり、光ファイバ５へ出射するそれぞれの光エネルギの比を調整することができる。さらに、上記光分岐結合機能を備えるための第１および第２の光導波路コア１ｃおよび２ｃの光軸調整は容易であり、当該光モジュールを低コストで大量生産することができるものである。また、当該光モジュールの第１および第２の光導波路コア１ｃおよび２ｃと、ＰＤ３およびＬＤ４の高さ方向（Ｚ軸方向）の光軸調整も容易であり、他の方向の光軸調整についても第１の基板１等を第２の基板２の上段面に対して平行に位置を調整することによって、容易に調整することができるため、大量生産に向いた低コスト化が実現できる。そして、当該光モジュールの第１および第２の光導波路コア１ｃおよび２ｃの形成および第１および第２の基板１および２の成形も容易であるため、低コストな光モジュールを大量生産することが可能である。また、第１の光導波路コア１ｃの断面寸法と、第１および第２の基板１および２の屈折率を調整することによって、波長分離機能を付加した光モジュールを簡単に実現できる。
【００８９】
なお、第１および第２の光導波路コア用溝１ｃｇおよび２ｃｇ等については、上述したように成形で形成するのが生産上望ましいが、これに限るものでなく、必要に応じてエッチングにより形成しても構わない。また、第１および第２の光導波路コア用溝１ｃｇおよび２ｃｇにガラス系材料や紫外線硬化樹脂を充填させたが、これに限るものでなく、熱硬化性樹脂やポリイミド等を充填してもかまわない。
【００９０】
また、上述では、第２の基板２の下段面にＰＤ３およびＬＤ４を実装したが、これに限るものではなく、例えば、コア径の異なる別の光導波路や、レンズ、アイソレータ、フィルタ、あるいは波長板等、様々な構成部品を実装してもかまわない。また、ＰＤ３およびＬＤ４以外に、光半導体素子駆動用半導体や増幅器等の半導体素子やＬＣＲ部品を実装してもよく、基板の両面に実装してもよい。また、第２の基板２の下段面に電極パターンおよび伝送線路２ｐを形成して説明したが、別の高周波回路基板に電極パターンおよび伝送線路を形成し、第２の基板２の下段面に配置してもよい。また、当該光モジュールを光信号の受信のみ、あるいは送信のみに用いる場合、複数のＰＤ３のみや複数のＬＤ４のみの組合せで第２の基板２の下段面に実装してもかまわない。さらに、ＰＤ３およびＬＤ４は、それぞれの配置位置を逆にしてもかまわない。つまり、ＬＤ４から出射した光信号を第１の光導波路コア１ｃから光ファイバ５に送信し、光ファイバ５から受信した光信号を第２の光導波路コア２ｃを伝搬させ、そのまま端面２ｃａから出射させてＰＤ３に入射させてもかまわない。
【００９１】
また、第２の光導波路コア２ｃの他方端面に接続する光伝送路は、光ファイバ５に限らず、様々な光伝送路を接続することができることは言うまでもない。また、複数の光ファイバを配置してもかまわない。また、光ファイバ５の代わりに、アイソレータやレンズ、フィルタ、波長板などを配置してもよい。
【００９２】
また、２本の直線の光導波路を組み合わせた一例を説明したが、これに限るものではなく、一般に使用されている光導波路パターン全てに応用することができ、光波の曲がり、分岐、および結合の制御もできる。また、第１の光導波路コア１ｃに設けられた傾斜面１ｃｓはなくてもかまわず、例えば、光軸に対して垂直な端面で構成しても、第２の光導波路コア２ｃとの間に光接続部を形成している限り、同様の光分岐結合機能を備えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る光モジュールの構造について説明するための斜視図である。
【図２】図１の光モジュールの上面から見た構造について説明するための上面図である。
【図３】図１の光モジュールの右側面から見た構造について説明するための右側面図である。
【図４】図１の光モジュールの正面から見た構造について説明するための正面図である。
【図５】図１の光モジュールの背面から見た構造について説明するための背面図である。
【図６】図１の光モジュールの波長における等価屈折率の光導波路深さ依存性を示すグラフである。
【図７】図１の光モジュールの製造方法として、第１の基板１の詳細な構造について説明する斜視図である。
【図８】図１の光モジュールの製造方法として、第２の基板２の詳細な構造について説明する斜視図である。
【図９】図１の光モジュールの組立方法について説明する斜視図である。
【図１０】従来の光モジュールの構造の一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１…第１の基板
１ｃ…第１の光導波路コア
１ｃａ、２ｃａ、２ｃｂ…端面
１ｃｓ…傾斜面
１ｃｇ…第１の光導波路コア用溝
１ｃｇａ、２ｃｇａ、２ｃｇｂ…溝開口部
１ｃｇｓ…溝傾斜面
１ｍ、２ｍ、３ｍ、４ｍ…マーカ
２…第２の基板
２ｃ…第２の光導波路コア
２ｃｇ…第２の光導波路コア用溝
２ｆ…光ファイバ配列用溝
２ｐ…電極パターンおよび伝送線路
２ｓ…段差形成面
３…ＰＤ
３ａ…受光部
４…ＬＤ
４ａ…発光部
５…光ファイバ
５ｃ…コア
６…接合材料層
Ｌ１、Ｌ２…光軸
【図１】
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【図２】
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【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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