(57)【要約】【課題】平板型の光導波路の導波路コアのそれぞれに、基板の一平面上に配列された複数の光半導体素子が、効果的に光結合された光モジュールを提供する。【解決手段】平面型の光導波路１１に形成された一列に並ぶ複数の導波路コア１１ａのそれぞれに、複数の光半導体素子１３を光学的に結合させる光モジュールであって、導波路コア１１ａと光半導体素子１３を光結合する複数の光ファイバ１８が実装された光ファイバ保持台１５を備え、光ファイバ１８の一方の端部は、複数の光導波路コア１１ａの光軸に一致して対向する配列で保持され、反対側の他方の端部は少なくとも２列以上に配列され、アレイ基板１２の同一面上に配列された複数の光半導体素子１３の光軸のそれぞれに一致して対向する配列で保持されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面型の光導波路に形成された一列に並ぶ複数の導波路コアのそれぞれに、複数の光半導体素子を光学的に結合させる光モジュールであって、
前記導波路コアと前記光半導体素子を光結合する複数の光ファイバが実装された光ファイバ保持台を備え、前記光ファイバの一方の端部は、前記複数の導波路コアの光軸に一致して対向する配列で保持され、反対側の他方の端部は少なくとも２列以上に配列され、アレイ基板の同一面上に配列された前記複数の光半導体素子の光軸のそれぞれに一致して対向する配列で保持されていることを特徴とする光モジュール。
【請求項２】
前記平面型の光導波路の側に配列される前記光ファイバの一方の端部と、前記光半導体素子の側に配列される前記光ファイバの他方の端部は、独立した光ファイバ保持台で保持され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】
前記アレイ基板の同一面に前記複数の光半導体素子が２列以上に配列され、一方の列に対して他方の列を半ピッチずらせた交互配列とされていることを特徴とする請求項１または２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、平面型の光導波路の導波路コアと光半導体素子とを光学的に結合した光モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコン基板上に石英ガラスからなる導波路コアとクラッドをクラッドで囲った平面型の光導波路を、基板等に実装した複数の光半導体素子に光学的に結合して、光信号を伝送することが知られている。例えば、特許文献１には、平面型の光導波路と複数の光半導体素子を高密度で実装したサブキャリアとをモジュール化して、光信号を伝送することが開示されている。
この他、平面型の光導波路からの光信号をコリメートレンズで平行光にして、ミラーで反射させた後に集光レンズを介して受光素子で受光させる構成のものもある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１７７７０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
多数のチャンネル信号を送受信するのに、複数の光半導体素子を一列に並べると配列幅が大きくなることから、複数の光半導体素子を２列以上に配列し、高密度で集積化することで小型化が行われている。しかし、光半導体素子を高密度で配列すると、光半導体素子間の光信号および電気信号の漏れが生じる。特許文献１では、このため、光半導体素子をサブキャリアの上面と下面に実装し、反射面からの反射光を受光すると共にクロストーク防止用の各壁を備えるようにしているが、高周波の電気信号の配線も１枚の基板上に形成することが困難で、２つの異なる配線基板が必要となる。
【０００５】
すなわち、上面側に実装された光半導体素子と、下面側に実装された光半導体素子の電気配線は、それぞれ別の基板に形成されるため、後段の増幅器等の電気信号を伝送する配線長が異なり、信号の伝搬にスキューが生じやすくなる。また、光半導体素子を上下の両面に配置するには、光反射面を形成するなどの特別な構造と作業等を必要とし、光半導体素子を実装後のサブキャリアの取り扱いに制約が多く、生産性が低いという問題がある。
【０００６】
本発明は、上述した実状に鑑みてなされたもので、平板型の光導波路の導波路コアのそれぞれに、基板の一平面上に配列された複数の光半導体素子が、効果的に光結合される光モジュールの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による光モジュールは、平面型の光導波路に形成された一列に並ぶ複数の導波路コアのそれぞれに、複数の光半導体素子を光学的に結合させる光モジュールであって、導波路コアと光半導体素子を光結合する複数の光ファイバが実装された光ファイバ保持台を備え、光ファイバの一方の端部は、複数の光導波路コアの光軸に一致して対向する配列で保持され、反対側の他方の端部は少なくとも２列以上に配列され、アレイ基板の同一面上に配列された複数の光半導体素子の光軸のそれぞれに一致して対向する配列で保持されていることを特徴とする。
【０００８】
また、平面型の光導波路の側に配列される光ファイバの一方の端部と、光半導体素子の側に配列される光ファイバの他方の端部は、独立した光ファイバ保持台で保持されるように分離した構成としてもよい。また、アレイ基板の同一面に複数の光半導体素子が２列以上に配列され、一方の列に対して他方の列を半ピッチずらせた交互配列とするようにしてもよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、光ファイバ保持台に実装された光ファイバを用いて平面型の光導波路と光半導体素子とを光結合することにより、複数の光半導体素子を基板の同一面に列幅を抑えて高密度で配列することができる。この結果、光半導体素子の電気信号に対する配線長を均一にすることが可能となる。さらに、基板の同一面に配置できることで、増幅回路モジュールあるいは半導体集積回路は複数信号の取扱いを一つのモジュールあるいはパッケージ内に集積化した様式のものを利用することができ、アレイ基板のサイズをより一層小型化することが可能となる。また、平面型の光導波路と光半導体素子との光結合が、容易でパッシブアライメントによる調芯が可能で、組み立ての作業性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明による実施形態の一例を説明する図である。
【図２】本発明による実施形態の他の例を説明する図である。
【図３】本発明による光半導体素子の実装例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図により本発明の概略を説明する。図１（Ａ）は、本発明による実施形態の一例を示し、図１（Ｂ）は本発明で用いられる光ファイバ保持台の一例を示す。図において、１０は光ファイバ機構、１１は平面型の光導波路、１１ａは導波路コア、１２はアレイ基板、１３は光半導体素子（受光素子）、１４は増幅回路モジュール、１５は光ファイバ保持台、１５ａ，１５ｂはファイバ固定ブロック、１５ｃは連結部、１６，１７は押さえブロック、１７ａは中間ブロック、１８は光ファイバ、１９ａ，１９ｂはＶ溝を示す。
【００１２】
本発明による光モジュールは、図１（Ａ）に示すように、平面型の光導波路１１の複数の導波路コア１１ａとアレイ基板１２上に配列された複数の光半導体素子１３とを、光ファイバ機構１０を用いて、光学的に結合するものである。平面型の光導波路１１は、シリコン基板上に導波路コアとクラッドを、薄膜技術等を用いて作成したもので、種々の形態のものがある。通常、複数の導波路コア１１ａは、平面状に一列に並ぶように形成され、その端面で光ファイバや光素子等と光結合され、光信号の伝送が行われる。
【００１３】
光半導体素子（例えば、フォトダイオード等の受光素子）１３は、光信号を受光して電気的な電流信号に変換し、該受光素子１３により変換された電流信号は、増幅回路により増幅されて情報信号として受信される。受光素子１３は、増幅回路モジュール１４と共に、アレイ基板１２に実装されるが、光導波路１１から多数のチャンネル信号を受信する場合、導波路コア１１ａに対応した数の受光素子と増幅回路モジュールが実装される。
【００１４】
複数の受光素子１３は、信号光のクロストークを回避するための所定間隔を開けて配列する必要がある。光導波路１１との光結合を直接行う場合は、導波路コア１１ａ間の間隔も受光素子１３に合わせた間隔になる。したがって、受光素子１３をアレイ基板１２に一列に並べて実装することは、配列幅が大きく光モジュールの小型化が困難となり、現実的でない。一方、配列幅を２段にして光導波路１１の一列に並ぶ導波路コア１１ａと直接光結合させるには、特許文献１に開示のように、信号光を反射させる機構が必要となり、アレイ基板の両面に配線導体を形成するなどの構成が必要となる。
【００１５】
本発明においては、複数の導波路コア１１ａを有する平面型の光導波路１１と、複数の光半導体素子（以下、受光素子）１３を実装したアレイ基板１２とを、光ファイバ機構１０を用いることにより、効果的に光学的に結合することを特徴としている。
光ファイバ機構１０は、例えば、図１（Ｂ）に示すように、第１のファイバ固定ブロック１５ａと第２のファイバ固定ブロック１５ｂとを備えた光ファイバ保持台１５に、複数本の短尺の光ファイバ１８を保持固定して構成される。
【００１６】
第１のファイバ固定ブロック１５ａ上には、複数本の光ファイバ１８の一方の端部を把持固定する押さえブロック１６が配され、第２のファイバ固定ブロック１５ｂ上には、複数本の光ファイバ１８の他方の端部を把持固定する押さえブロック１７および中間ブロック１７ａが配される。なお、図１の例では、第１のファイバ固定ブロック１５ａと第２のファイバ固定ブロック１５ｂとは連結部１５ｃにより一体に形成されている。
これらの各ブロック等は、セラミック、樹脂、金属のいずれでも形成することができ、また、成形、機械加工等で形成することができる。
【００１７】
第１のファイバ固定ブロック１５ａには、光ファイバ１８の一方の端部を位置決めして、複数の導波路コアの光軸に一致して対向保持するためのＶ溝１９ａが形成される。第１のファイバ固定ブロック１５ａの高さおよびＶ溝１９ａの間隔は、光導波路１１の複数の導波路コア１１ａに一致する間隔で一列で形成される。また、押さえブロック１６の押さえ面側にも、同様なＶ溝を設けるようにしてもよい。
【００１８】
第２のファイバ固定ブロック１５ｂおよび中間ブロック１７ａには、光ファイバ１８の他方の端部を位置決めして、複数の受光素子の光軸のそれぞれに一致して対向保持するためのＶ溝１９ｂが形成される。第２のファイバ固定ブロック１５ｂの高さおよびＶ溝１９ｂの間隔は、アレイ基板１２に実装された受光素子１３の配列間隔と一致する間隔で形成される。図では受光素子１３が２列で配列されているので、中間ブロック１７ａを用いて光ファイバも２列に保持固定するように構成される。なお、受光素子１３が３列で配列される場合は、中間ブロック１７ａをさらに１つ追加すればよい。また、押さえブロック１７および中間ブロック１７ａの押さえ面側にも、同様なＶ溝を設けるようにしてもよい。
【００１９】
上記のように、光ファイバ保持台１５の第１のファイバ固定ブロック１５ａで、光ファイバ１８の一方の端部を光導波路１１の複数の導波路コア１１ａに一致するように配列固定し、第２のファイバ固定ブロック１５ｂで、光ファイバ１８の他方の端部をアレイ基板１２の複数の発光素子１３に一致するように配列固定している。この結果、アレイ基板１２上には、光導波路１１の導波路コア１１ａの配列や間隔によって制限を受けることなく、複数の発光素子１３をアレイ基板１２の同一面に自由な形態で高密度に配列させることが可能となる。また、光導波路１１と光ファイバ機構１０及びアレイ基板１２とは、パッシブアライメントにより、公差範囲内で機械的に組み付けることができ、生産性を向上させることが可能となる。
【００２０】
図２は、本発明による実施形態の他の例を示し、図において、２０は光ファイバ機構、２５は光ファイバ保持台、２５ａ，２５ｂはファイバ固定ブロック、２６，２７は押さえブロック、２７ａは中間ブロック、２８は光ファイバ、２９ａ，２９ｂはＶ溝を示す。その他の符号は、図１で用いたのと同じ符号を用いることにより説明を省略する。
【００２１】
本例の光モジュールは、図１（Ａ）の例と同様に複数の導波路コア１１ａを有する平面型の光導波路１１と、複数の受光素子１３を実装したアレイ基板１２とを、光ファイバ機構２０を用いることにより、効果的に光学的に結合するものである。光ファイバ機構２０は、例えば、図２（Ｂ）に示すように、第１のファイバ固定ブロック２５ａと第２のファイバ固定ブロック２５ｂとを備えた光ファイバ保持台２５に、複数本の短尺の光ファイバ２８を保持固定して構成される。
【００２２】
第１のファイバ固定ブロック２５ａ上には、光ファイバ２８の一方の端部を把持固定する押さえブロック２６が配され、第２のファイバ固定ブロック２５ｂ上には、光ファイバ２８の他方の端部を把持固定する押さえブロック２７および中間ブロック２７ａが配される。なお、本例では、第１のファイバ固定ブロック２５ａと第２のファイバ固定ブロック２５ｂとは、別体に形成されている。
【００２３】
第１のファイバ固定ブロック２５ａには、光ファイバ２８の一方の端部の先端２８ａを位置決めして、複数の導波路コアの光軸に一致して対向保持するためのＶ溝２９ａが形成される。第１のファイバ固定ブロック２５ａの高さおよびＶ溝２９ａの間隔は、光導波路１１の複数の導波路コア１１ａに一致する間隔で一列で形成される。また、押さえブロック２６の押さえ面側にも、同様なＶ溝を設けるようにしてもよい。
【００２４】
第２のファイバ固定ブロック２５ｂおよび中間ブロック２７ａには、光ファイバ２８の他方の端部の先端２８ｂを位置決めして、複数の受光素子の光軸のそれぞれに一致して対向保持するためのＶ溝２９ｂが形成される。第２のファイバ固定ブロック２５ｂの高さおよびＶ溝２９ｂの間隔は、アレイ基板１２に実装された受光素子１３の配列間隔と一致する間隔で形成される。本例では受光素子１３が２列で配列されているので、中間ブロック２７ａを用いて光ファイバも２列に保持固定するように構成される。なお、受光素子１３が３列で配列される場合は、中間ブロック２７ａをさらに１つ追加すればよい。また、押さえブロック２７および中間ブロック２７ａの押さえ面側にも、同様なＶ溝を設けるようにしてもよい。
【００２５】
本例のように、第１のファイバ固定ブロック２５ａと第２のファイバ固定ブロック２５ｂとは、別体に形成することにより、図１の実施形態による作用効果に加えて、温度変化に伴うブロック材の収縮等で光結合状態が変動するのを抑制することが可能となる。また、光導波路１１の導波路コア１１ａとアレイ基板１２の受光素子１３の配置関係に多少のずれがあっても、光ファイバの先端２８ａと光導波路１１の位置合わせ、光ファイバの先端２８ｂとアレイ基板１２の位置合わせを独立して行うことが可能で、調芯が容易となる。
【００２６】
図３は、アレイ基板１２上に実装された受光素子１３と増幅回路モジュール１４の配列の一例を示す。受光素子１３は、光導波路側の導波路コアの一列配列に制限されることなく、自由に配列することができる。例えば、図に示すように、２列で形成し、かつ一方の列に対して他方の列を半ピッチずらせた交互配列とすることができる。この結果、複数の光半導体素子（受光素子）１３をアレイ基板１の同一面に高密度で実装することができ、電気回路の配線長も均一にすることが可能となる。また、増幅回路モジュールあるいは半導体集積回路は、複数信号を単一のモジュールあるいはパッケージで扱えるようにした集積度の高い、より小型のものを使用することができ、アレイ基板のサイズをさらに小型化することが可能となる。
【符号の説明】
【００２７】
１０…光ファイバ機構、１１…光導波路、１１ａ…導波路コア、１２…アレイ基板、１３…光半導体素子（受光素子）、１４…増幅回路モジュール、１５，２５…光ファイバ保持台、１５ａ，１５ｂ，２５ａ，２５ｂ…ファイバ固定ブロック、１５ｃ…連結部、１６，１７，２６，２７…押さえブロック、１７ａ，２７ａ…中間ブロック、１８，２８…光ファイバ、１９ａ，１９ｂ，２９ａ，２９ｂ…Ｖ溝。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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