(57)【要約】【課題】導波路アレイのピッチP1を、光素子の活性層又は導波路部のピッチP2との結合が可能となるようにピッチ変換する機能を有しつつ、光素子と導波路アレイとを直接、且つ、低損失に光学的に結合可能となる光波回路モジュールを提供する。【解決手段】一定のピッチP1で配列するｍ本の独立した導波路から構成される導波路アレイと、ピッチP1より狭いピッチP2で配列するｍ個の活性層又は導波路部を有する光素子とを備え、光素子の活性層又は導波路部に向かうに従いピッチP1を漸次狭めて、導波路アレイをピッチP2と同一のピッチP3で一列状に集束させて集束部を形成し、その集束部が前記活性層又は前記導波路部に臨むように位置合わせすることによって、光素子の各活性層又は各導波路部と、導波路アレイの各導波路とを、光学的に結合する光波回路モジュールとする。【選択図】  図１
2005284202.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一定のピッチP1で配列されるｍ本の独立した導波路から構成される導波路アレイと、前記ピッチP1より狭いピッチP2で配列されるｍ個の活性層又は導波路部を有する光素子とを備え、前記光素子の活性層又は導波路部に向かうに従い、前記ピッチP1が漸次狭められることによって前記導波路アレイが前記ピッチP2と同一のピッチP3で一列状に集束されて集束部が形成され、その集束部が前記活性層又は前記導波路部に臨むように位置合わせされることによって、前記光素子の各活性層又は各導波路部に対して前記導波路アレイの各導波路が、光学的に結合されることを特徴とする光波回路モジュール。
【請求項２】
前記各導波路が光ファイバであり、更に前記光ファイバが、そのコア軸と平行方向に先
端に向かってコア径はそのままでクラッド径のみ細径化され、
細径化されたｍ本の前記先端が、前記ピッチP3で一列状に集束されて集束部が形成されることを特徴とする請求項１に記載の光波回路モジュール。
【請求項３】
面上にガイドを設けた基板を備えると共に、ｍ本の前記光ファイバを前記ガイドに挿入したとき、前記光ファイバの先端は前記ピッチP3で一列状に集束されて集束部が形成されると共に、前記光ファイバの始端側は前記ピッチP1で配列されるように、前記ガイドの形状を形成することを特徴とする請求項２に記載の光波回路モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光素子と導波路アレイとを直接、且つ、低損失で光学的に結合出来る光波回路モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、インターネットが爆発的に普及している中、これに伴い通信回線のトラフィック量が激増している。このトラフィック量を激増させている膨大なデータを処理する高速大容量通信方式として、１本の光ファイバに波長の異なる複数の光を伝送することが出来る波長分割多重（Wavelength Division Multiplex : WDM）通信システムが実用化されており、また現在でも通信システムの低コスト化・高信頼化に向けて、世界中で研究開発が行われている。更に、将来的には光信号の増減を感知し、複数ある信号経路を瞬間的に切り替えるための全光スイッチ等も精力的に研究されている。
【０００３】
WDM通信システムでは、アレイ導波路格子（Arrayed Waveguide Grating : AWG）型（N×N）光波長合分波器がキーデバイスとして広く使用されている。AWG型光波長合分波器は、送信側で複数の波長の光を合波する、或いは受信側で光ファイバ中の複数の光を異なるポートに分波するといった高機能な処理が可能である。
【０００４】
このようなAWG型光波長合分波器を用いた光波回路モジュールの一例を図５に示す（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２７７６７５号公報（第４頁、第３図）
【０００６】
図５に示す光波回路モジュール100は、AWG型光波長合分波器基板101（1×Ｎ、ここではＮ＝256ch）、AWG型光波長合分波器基板101と多芯（128芯）テープ型光ファイバ103及び104を低損失に結合するためのピッチ変換用導波路基板102とから構成されている。AWG型光波長合分波器基板101（以下、AWG型光波長合分波器又はAWG型光波長合分波器基板を必要に応じて、単にAWGと記す）にはスポットサイズ変換機能構造（テーパ導波路）を有する出力導波路群101aが設けられている。又、ピッチ変換用導波路基板102にはスポットサイズ変換機能構造（テーパ導波路）を有する入出力導波路群、即ちAWG型光波長合分波器基板101側の入力導波路群102a、テープ型光ファイバ103側の出力導波路群102b、及び光ファイバ４側の出力導波路群102cが設けられている。
【０００７】
AWG型光波長合分波器基板101とピッチ変換用導波路基板102との間、又はピッチ変換用導波路基板102とテープ型光ファイバ103及び104との間における結合損失を出来るだけ小さくするために、AWG型光波長合分波器基板101側の出力導波路群101a又はピッチ変換用基板102の入出力導波路群102a、102b、102cに、スポットサイズ変換機能を有する構造を付与する。
【０００８】
これにより、極めて低損失な光波回路モジュールを実現することが出来るとしている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、前述した光波回路モジュール100では、実際にはAWG型光波長合分波器基板101とピッチ変換用導波路基板102との結合部、及びピッチ変換用導波路基板102とテープ型光ファイバ103及び104との結合部において、光を漏れなく結合させることが困難であった。即ち、LN基板109上の光出力導波路104のコアと光ファイバ107のコア108との僅かな軸ずれにより、AWG型光波長合分波器基板101又はピッチ変換用導波路基板102からの出射光の一部が漏れ光となる。結果として、一部の漏れ光は所望の光ファイバ以外の光ファイバに入射するので、クロストーク特性の劣化や結合損失の発生の原因となっている。
【００１０】
又、近年、AWG型光波長合分波器基板101に対して、モジュール全体の損失の増大を伴わない一層の多重化（多チャネル化）が望まれるようになってきた。しかし従来の設計をそのまま使用して多チャネル化を行うと、AWG型光波長合分波器基板101内での損失が大きくなってしまうという問題があった。又、AWG型光波長合分波器基板101は半導体プロセスを用いて作製されるため、1つの素子サイズが大きくなると加速度的にコストが増加し、また歩留まりが低下するという問題がある。
【００１１】
このため、AWG型光波長合分波器基板101の多チャンネル化を実現するためには1chあたりのサイズを小さくする必要が生じる。しかしAWG型光波長合分波器基板101はテープ型光ファイバ103、104を接続して使用され、この光ファイバの一般的な大きさが決まっていたため、AWG型光波長合分波器基板101の小型化も結果として不可能であった。
【００１２】
更に、ピッチ変換用導波路基板102も半導体プロセスを使用して作製されるため、大型のものを作製しようとすると多大なコストの増加を招いてしまい、AWG型光波長合分波器基板101や図示しないLDアレイチップを小型化して抑えたコストを再び押し上げてしまう。又、光軸合わせを３つのデバイス（AWG型光波長合分波器基板101、ピッチ変換用導波路基板102、テープ型光ファイバ103と104）に対して行うのは、２つのデバイスに対して行うよりも難易度が２倍以上になり、ここでもコスト増加を招く。
【００１３】
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、その目的は導波路アレイのピッチP1を、光素子の活性層又は導波路部のピッチP2との結合が可能となるようにピッチ変換する機能を有しつつ、光素子と導波路アレイとを直接、且つ、低損失に光学的に結合可能となる光波回路モジュールを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の請求項１記載の発明は、一定のピッチP1で配列されるｍ本の独立した導波路から構成される導波路アレイと、前記ピッチP1より狭いピッチP2で配列されるｍ個の活性層又は導波路部を有する光素子とを備え、前記光素子の活性層又は導波路部に向かうに従い、前記ピッチP1が漸次狭められることによって前記導波路アレイが前記ピッチP2と同一のピッチP3で一列状に集束されて集束部が形成され、その集束部が前記活性層又は前記導波路部に臨むように位置合わせされることによって、前記光素子の各活性層又は各導波路部に対して前記導波路アレイの各導波路が、光学的に結合されることを特徴とする光波回路モジュールに関するものである。
【００１５】
更に、本発明の請求項２記載の発明は、前記各導波路が光ファイバであり、更に前記光ファイバが、そのコア軸と平行方向に先端に向かってコア径はそのままでクラッド径のみ細径化され、細径化されたｍ本の前記先端が、前記ピッチP3で一列状に集束されて集束部が形成されることを特徴とする光波回路モジュールに関するものである。
【００１６】
更に、本発明の請求項３記載の発明は、面上にガイドを設けた基板を備えると共に、ｍ本の前記光ファイバを前記ガイドに挿入したとき、前記光ファイバの先端は前記ピッチP3で一列状に集束されて集束部が形成されると共に、前記光ファイバの始端側は前記ピッチP1で配列されるように、前記ガイドの形状を形成することを特徴とする光波回路モジュールに関するものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の光波回路モジュールに依れば、光素子からテープ型光ファイバへのピッチ変換を導波路である光ファイバそのもので行っているので、互いにピッチの異なる光素子とテープ型光ファイバとを光学的に直接結合可能になる。更に、光素子に対峙する導波路アレイの集束部の導波路ピッチを、光素子の活性層又は導波路部のピッチと同一まで小型化することにより、パッケージ内部における導波路アレイの占有空間を減少することが可能となる。
【００１８】
パッケージ内部における導波路アレイの占有空間を減少させることにより、導波路アレイの結合部のサイズを小型化することが可能となり、光素子の実装空間がその分多く確保される。よって、パッケージ内部により多くの光素子を実装可能となり、光素子の更なる集積化を図ることが出来る。又、その集積化に伴い、光素子の組立コストを大幅に下げることも可能となる。
【００１９】
更に、テープ型光ファイバと光素子との間に、ピッチ変換用光学部品を介在させることなく、テープ型光ファイバと光素子とを直接、結合させることが出来るので、光素子とピッチ変換用光学部品との結合部、及びピッチ変換用光学部品とテープ型光ファイバとの結合部における漏れ光の発生を防止することが可能となる。従って、クロストーク特性の劣化や結合損失の発生を防止することが出来る。更に光ファイバを用いるため、よりハイパワーな光素子との結合が可能となる。
【００２０】
更に、細径化を施した導波路に、量産技術の確立したエッチド光ファイバを使用することにより、特性の均一な光波回路モジュールを実現することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明に係る光波回路モジュールの一例を、図１〜図４を参照しながら説明する。図１に示すように、本実施の形態の光波回路モジュール１は、多芯光伝搬用のテープ型光ファイバ２と、ガイドを設けた基板３と、光素子の一例であるレーザダイオード（LD）アレイチップ４とを備えて構成される。
【００２２】
導波路の役目をするテープ型光ファイバ２は、図示しないコアの周りをクラッド2aが包囲する一般的な型式の単一モード光ファイバからなる。テープ型光ファイバ1の始端側（図１の矢印ｓ側）から先端（図１の矢印ｔ側）に向かって、所定寸法分だけ被覆2bを剥ぎ取り、被覆2bを取り除いたクラッド2a部分の先端付近を、所定寸法分、そのコア軸と平行方向に先端に向かって細径化する。細径化手段としてはエッチング等が挙げられ、コアを非エッチング箇所とすることでコア径はそのままに維持しながら、クラッド径のみをエッチングして細径化を行う。
【００２３】
エッチング箇所2cのクラッド径は50μｍ以下に細径化することが望ましく、細径化に伴う伝搬損失の許容範囲を考慮すると、30μｍまで最小径化することが最も好ましい。従って、本実施の形態ではエッチング箇所2cのクラッド径を30μｍとして説明を続ける。テープ型光ファイバ1の光ファイバの本数ｍは、４本、８本、12本、16本・・・など４の倍数で設定されるのが一般的であり、本実施の形態ではｍ＝８とした。各光ファイバの非エッチング箇所（被覆2b部分を含む）のクラッド間隔は250μｍなので、始端側における各光ファイバはピッチP1＝250μｍで一定に配列される。
【００２４】
基板３はシリコン（Si）から成り、その面上には図２に示すようにテープ型光ファイバ
２の本数ｍと、同数の溝3aから構成されるガイド3bが設けられる。ガイド3bの形状は、基板３の一方側では一定のピッチP1で溝3aが配列するように、もう一方の側に進むにつれてピッチP1が漸次、狭められるように溝3aを形成することで、形成されている。基板３のもう一方側では、溝3aは細径化された各光ファイバのクラッド径と同一寸法のピッチP3で一列状に配列するように形成される。
【００２５】
その各溝3aに各光ファイバを挿入し、光硬化接着剤又は半田で固定することで、８本の光ファイバから構成される導波路アレイが形成される。前述の通り、各溝3aは基板３の一方の側に進むにつれてピッチP1が漸次、狭まるように形成されているので、その溝3aに挿入される各光ファイバのピッチP1も、LDアレイチップ４の活性層4aに向かうに従い、漸次狭められていく。即ち、細径化された光ファイバの各先端のコア軸間距離は、活性層4aに近づくにつれて徐々に短くなるように形成される。そして図３に示すように、各光ファイバの先端において、ピッチP3＝30μｍで一列状に集束されて集束部2dを形成する。一方、始端側の光ファイバは、ピッチP1＝250μｍで一定に配列される。
【００２６】
ガイド3bが漸次、狭められるように形成されているため、溝3a内で各光ファイバは彎曲する。従って、溝3aの彎曲形状は、光ファイバの曲げ損失を考慮して決定されるべきである。本実施の形態では各光ファイバの曲げ損失が、それぞれ1.3dB未満となるように決定している。
【００２７】
LDアレイチップ４は、テープ型光ファイバ２の本数ｍと同一個数のｍ個の活性層4aを有するチップであり、各活性層4aは前記ピッチP1よりも狭いピッチP2で配列されている。具体的なピッチP2の数値は、ピッチP3と同一の30μｍとする。
【００２８】
次に図４に示すように、基板３をLDアレイチップ４を収納するパッケージ５内部のベース基板６上にマウントし、集束部2dがLDアレイチップ４の活性層4aに臨むように位置合わせを行って位置決めをした上で、基板３をベース基板６に半田又は接着剤で固定する。パッケージ５外部にはテープ型光ファイバ２が延ばされている。更に、図示しない保護用樹脂をパッケージ５の枠内に充填してエポキシ封止する。なお、ベース基板６パッケージ５は同一であっても何ら問題は無い。
【００２９】
各活性層4aから出射された光は、集束部2dの各光ファイバに光学的に結合され、始端側へと伝搬されていく。LDアレイチップ４からの出射光を光ファイバに直接結合させ、更に、その光ファイバのピッチを、ピッチP3からピッチP1へと漸次変化させていくことにより、本発明では、LDアレイチップ４からテープ型光ファイバ２へのピッチ変換を導波路（光ファイバ）そのもので行っている。このように、光素子（本実施の形態では、LDアレイチップ）と直接結合し、且つ、ピッチ変換も兼ねる導波路構造を有する光波回路モジュールを、オプティカルリードフレーム（Optical Lead Frame：略してOPLEAF）という言葉で定義し、以下、光波回路モジュール１に換えてオプティカルリードフレーム１と記す。
【００３０】
テープ型光ファイバ２からLDアレイチップ４へと至る空間において、光ファイバを彎曲させて、LDアレイチップ４の活性層4aのピッチP2と同一のピッチP3で導波路の集束部2dを形成し、その集束部2dをLDアレイチップ４に対峙させることで、互いにピッチの異なるLDアレイチップ４とテープ型光ファイバ２とを光学的に直接結合可能にすると共に、ピッチP3をピッチP2と同一になるまで小型化することにより、パッケージ５内部における導波路アレイの占有空間を減少させたところが本発明の着想の妙である。
【００３１】
パッケージ５内部における導波路アレイの占有空間を減少させることにより、導波路アレイの結合部のサイズを小型化することが可能となり、LDアレイチップ４の実装空間がその分多く確保される。よって、パッケージ５内部に多くのLDアレイチップを実装可能となり、LDアレイチップの更なる集積化を図ることが出来る。又、その集積化に伴い、LDアレイチップの組立コストを大幅に下げることも可能となる。
【００３２】
更に、テープ型光ファイバ２とLDアレイチップ４との間に、ピッチ変換用光学部品（例えば、図５のピッチ変換用導波路基板102）を介在させることなく、テープ型光ファイバ２とLDアレイチップ４とを直接、結合させることが出来るので、LDアレイチップとピッチ変換用光学部品との結合部、及びピッチ変換用光学部品とテープ型光ファイバとの結合部における漏れ光の発生を防止することが可能となる。従って、クロストーク特性の劣化や結合損失の発生を防止することが出来る。更に直接結合により、よりハイパワーなLDアレイチップとの結合が可能となる。
【００３３】
更に、細径化を施した導波路に、量産技術の確立したエッチド光ファイバを使用することにより、特性の均一なオプティカルリードフレーム１を実現することが出来る。なお、本発明に係るオプティカルリードフレーム１の導波路には、独立したものを用いることとする。独立したという意味は、光ファイバのように一導波路毎に独立形成可能であると共に一導波路毎に使用可能な導波路ということである。従って、例えば光ファイバをアレイ状に一つにまとめたテープ型光ファイバも、元々、一導波路毎に独立形成可能であり使用可能でもある光ファイバをまとめた導波路なので、独立したという意味に入るものと定義する。
【００３４】
なお、本実施の形態はその技術的思想により種々変更可能であり、例えば集束部2dのピッチP3を30μｍとして説明したが、ピッチP3はこの寸法に限定されることはなく、使用するLDアレイチップの変更に伴うピッチP2の変更や、クロストークの抑制という観点から、最適のP3を決定すれば良い。
【００３５】
又、本実施の形態では光素子としてLDアレイチップを例に取り説明したが、光素子はLDアレイチップに限らず、受光素子・発光素子・又はAWG等の光素子も含むものとする。AWGを用いた場合は、その導波路部に集束部2dが臨むように、集束部2dの位置合わせをすれば良い。前記のように導波路アレイの結合部のサイズを小型化することが可能となるので、AWGの小型化も可能になる。
【００３６】
又、ピッチP1は様々な物が有り、本発明は勿論それにも適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明のオプティカルリードフレームを、光通信の配線部や、チップパッケージ内部に用いることにより、伝搬データ量の増大や結合損失の低減、光結合部の小型化を図ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明に係るオプティカルリードフレームの一例を示す平面図。
【図２】図１のオプティカルリードフレームの構成部品の一つである基板を示す平面図。
【図３】図１のLDアレイチップと集束部との結合部の拡大図。
【図４】図１のオプティカルリードフレームを、パッケージ化した状態を模式的に示す平面図。
【図５】従来の光波回路モジュールを示す平面図。
【符号の説明】
【００３９】
１      オプティカルリードフレーム
２      テープ型光ファイバ
３      基板
４      LDアレイチップ
５      パッケージ
６      ベース基板
【図１】
2005284202.tif 000003
【図２】
2005284202.tif 000004
【図３】
2005284202.tif 000005
【図４】
2005284202.tif 000006
【図５】
2005284202.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成17年3月24日(2005.3.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
次に図４に示すように、基板３をLDアレイチップ４を収納するパッケージ５内部のベース基板６上にマウントし、集束部2dがLDアレイチップ４の活性層4aに臨むように位置合わせを行って位置決めをした上で、基板３をベース基板６に半田又は接着剤で固定する。パッケージ５外部にはテープ型光ファイバ２が延ばされている。更に、図示しない保護用樹脂をパッケージ５の枠内に充填してエポキシ封止する。なお、ベース基板６とパッケージ５は同一であっても何ら問題は無い。
【手続補正書】
【提出日】平成17年3月29日(2005.3.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
図５に示す光波回路モジュール100は、AWG型光波長合分波器基板101（1×Ｎ、ここではＮ＝256ch）、AWG型光波長合分波器基板101と多芯（128芯）テープ型光ファイバ103及び104を低損失に結合するためのピッチ変換用導波路基板102とから構成されている。AWG型光波長合分波器基板101（以下、AWG型光波長合分波器又はAWG型光波長合分波器基板を必要に応じて、単にAWGと記す）にはスポットサイズ変換機能構造（テーパ導波路）を有する出力導波路群101aが設けられている。又、ピッチ変換用導波路基板102にはスポットサイズ変換機能構造（テーパ導波路）を有する入出力導波路群、即ちAWG型光波長合分波器基板101側の入力導波路群102a、テープ型光ファイバ103側の出力導波路群102b、及び光ファイバ104側の出力導波路群102cが設けられている。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
しかしながら、前述した光波回路モジュール100では、実際にはAWG型光波長合分波器基板101とピッチ変換用導波路基板102との結合部、及びピッチ変換用導波路基板102とテープ型光ファイバ103及び104との結合部において、光を漏れなく結合させることが困難であった。即ち、僅かな軸ずれにより、AWG型光波長合分波器基板101又はピッチ変換用導波路基板102からの出射光の一部が漏れ光となる。結果として、一部の漏れ光は所望の光ファイバ以外の光ファイバに入射するので、クロストーク特性の劣化や結合損失の発生の原因となっている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
導波路の役目をするテープ型光ファイバ２は、図示しないコアの周りをクラッド2aが包囲する一般的な型式の単一モード光ファイバからなる。テープ型光ファイバ２の始端側（図１の矢印ｓ側）から先端（図１の矢印ｔ側）に向かって、所定寸法分だけ被覆2bを剥ぎ取り、被覆2bを取り除いたクラッド2a部分の先端付近を、所定寸法分、そのコア軸と平行方向に先端に向かって細径化する。細径化手段としてはエッチング等が挙げられ、コアを非エッチング箇所とすることでコア径はそのままに維持しながら、クラッド径のみをエッチングして細径化を行う。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
エッチング箇所2cのクラッド径は50μｍ以下に細径化することが望ましく、細径化に伴う伝搬損失の許容範囲を考慮すると、30μｍまで最小径化することが最も好ましい。従って、本実施の形態ではエッチング箇所2cのクラッド径を30μｍとして説明を続ける。テープ型光ファイバ２の光ファイバの本数ｍは、４本、８本、12本、16本・・・など４の倍数で設定されるのが一般的であり、本実施の形態ではｍ＝８とした。各光ファイバの非エッチング箇所（被覆2b部分を含む）のクラッド間隔は250μｍなので、始端側における各光ファイバはピッチP1＝250μｍで一定に配列される。