(57)【要約】      （修正有）【課題】波長多重光伝送や１芯双方向光伝送の端末機として用いられる光機能集積素子に関して、低損失な光学特性及び高信頼性を保ちつつ、小型化且つ高い歩留まりを実現可能な光機能集積素子を提供する。【解決手段】複数の発光素子または受光素子２２、２３、２４、２５が、基板表面の水平方向直線上にそれぞれ載置された光素子搭載基板４と、基板の一方の面内に基板平行に対して角度を有し、基板厚み方向を伝播する光を屈折するための第一の傾斜面２０が設けられた第一の光機能集積基板１と、伝播光の波長に対して透明な材料でできた基板の一方の面内に伝播光の波長透過率がそれぞれ異なる波長選択フィルタ８、９、１０、１１と、他方の面に伝播光を反射するミラー２１が載置された第二の光機能集積基板と、第二の傾斜面１２、１３、１４、１５が設けられた第三の光機能集積基板３がそれぞれ設けられ、基板厚み方向に積層している光機能集積素子。【選択図】図１
2009283516.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の発光素子または受光素子が、基板表面の水平方向直線上にそれぞれ載置された光素子搭載基板と、
伝播光の波長に対して透明な材料の基板であって、該基板の一方の面内に基板平行に対して角度を有し、基板厚み方向を伝播する光を屈折するための第一の傾斜面が少なくとも１つ設けられた第一の光機能集積基板と、
前記第一の基板とは別の、伝播光の波長に対して透明な材料でできた基板の一方の面内に伝播光の波長透過率がそれぞれ異なる第一および第二の波長選択フィルタが少なくとも２つ載置された第二の光機能集積基板と、
前記第一及び第二の基板とは別の、伝播光の波長に対して透明な材料でできた基板の一方の面内に基板平行に対して角度を有し、基板厚み方向を伝播する光を屈折するための第二の傾斜面が少なくとも１つ設けられた第三の光機能集積基板とを有し、
第三の基板、第二の基板、第一の基板を通る光路を異なる波長の光が通過し、第二の基板上の波長選択フィルタにおいて少なくとも一以上の波長の光が反射し、残りの波長の光が透過する光路を有し、
前記光路は、前記光素子搭載基板上の光素子と結合しており、
前記光素子搭載基板と、第一及び第二及び第三の光機能集積基板がそれぞれ基板厚み方向に載置されていることを特徴とする光機能集積素子。
【請求項２】
請求項１記載の光機能集積素子において、前記第一の光機能集積基板に設けられた第一の傾斜面と前記第三の光機能集積基板に設けられた第二の傾斜面の角度が平行をなすことを特徴とする光機能集積素子。
【請求項３】
請求項２記載の光機能集積素子において、前記第三の光機能集積基板に設けられた第二の傾斜面が複数存在することを特徴とする光機能集積素子。
【請求項４】
請求項２記載の光機能集積素子において、前記光素子搭載基板上の光素子と前記第一の光機能集積基板に設けられた第一の傾斜面とを結ぶ光路間にレンズが設けられていることを特徴とする集積機能素子。
【請求項５】
請求項１記載の光機能集積素子において、前記光素子搭載基板上に載置された光素子は、垂直出射型レーザダイオードまたは面受光型ダイオードであることを特徴とする光機能集積素子。
【請求項６】
請求項２記載の光機能集積素子において、前記第二の光機能集積基板に設けられた第二の傾斜面の角度Φ１と、前記第二の光機能集積基板の屈折率ｎ２と第二の光機能集積基板を取り囲む物質の屈折率ｎ１とが全反射条件Φ１−ｓｉｎ−１（ｎ１／ｎ２ｓｉｎΦ１）−ｓｉｎ−１（ｎ１／ｎ２）≧０の関係で構成されていることを特徴とする光機能集積素子。
【請求項７】
請求項５記載の光機能集積素子において、前記光素子搭載基板と前記第一、第二及び第三の光機能集積基板がパッケージ上に載置されると共に、光素子搭載基板に載置された光素子とパッケージに設けられた電気端子とが、光素子搭載基板に形成された電気線路を介して電気的に接続され、
第一、第二及び第三の光機能集積基板と前記波長選択フィルタを介して、光素子と光学的に接続される光ファイバが、パッケージ上面に載置されたことを特徴とする光機能集積素子。
【請求項８】
第二の基板上に形成された前記波長フィルタに対して光軸が15°以下であることを特徴とする請求項１記載の光機能集積素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光機能集積素子に係り、特に、１本の光ファイバで複数の波長の光を伝送する、波長多重光伝送や１芯双方向光伝送の端末機として用いられる光機能集積素子の構造およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年情報通信分野において、光を用いて大容量のデータを高速でやりとりする通信トラフィックの整備が急速に行われつつある。この中で、オフィスや家庭内で一般的に使用されてきたイーサネット（登録商標）の高速化の進展は、きわめて著しい。初期の10Mbpsから、100Mbps、1Gbps、10Gbpsと高速化が図られ、現在、100Gbpsのイーサネット（登録商標）の標準化が進められている。ところで、伝送スピードが1Gbps以下の場合は、１本の伝送路でそのまま信号を伝送させていた。ところが、10Gbpsを超えるようになると、１本の伝送路にたとえば100Gbpsの信号をシリアルのバイナリ信号で伝送させることは難しい。したがって、１チャネルあたりの速度を下げ、複数のチャネルによる信号を同時に伝送させることにより高速化を図る方法が検討されている。100Gbpsの場合は、たとえば、１チャネルあたり10Gbpsのスピードの信号を10チャネル同時に伝送させる、あるいは、１チャネルあたり25Gbpsのスピードの信号を4チャネル同時に伝送させる、などである。これら複数チャネルを同時に伝送させる方法としては、複数の伝送路を用いたパラレル伝送、複数の波長を１本のファイバに同時に伝送させる波長多重伝送などがある。この中で、波長多重伝送は用いる伝送路がファイバ１本であるため、有利な方式である。
【０００３】
従来の４チャネル波長多重伝送を実現するためのモジュール構成を図3に示す。モジュールは４個のファイバ付同軸型パッケージに実装された光素子３６を、ファイバ３７を通じて、光合分波器３５と結合し、４波長の光が合分波される。本方式では各光部品を独立に作製可能であるため、作製歩留まりを確保しやすい。しかしながら、光素子パッケージ数も多いため、小型・低コスト化に不利なことが難点である。
【０００４】
【非特許文献１】http://www.ieee802.org/3/hssg/public/mar07/traverso_02_0307.pdf
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
非特許文献１に開示される方式では、波長多重伝送を実現するため、波長多重数のファイバ付同軸パッケージを構成部品として用いる。このため、この方式では、少なくともファイバ付同軸パッケージ及びファイバを収納する必要があるため、小型化が難しい。
【０００６】
本発明の目的は１本の光ファイバで複数の波長の光を伝送する、波長多重光伝送や１芯双方向光伝送の端末機として用いられる光機能集積素子に関して、低損失な光学特性及び高信頼性を保ちつつ、小型化且つ高い歩留まりを実現可能な光機能集積素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明では上記課題を解決するために、複数の発光素子または受光素子が、基板表面の水平方向直線上にそれぞれ載置された光素子搭載基板と、伝播光の波長に対して透明な材料で出来た基板の一方の面内に基板平行に対して角度を有し、基板厚み方向を伝播する光を屈折するための第一の傾斜面が設けられた第一の光機能集積基板と、第一の基板とは別の、伝播光波長に対して透明な材料でできた基板で波長透過率がそれぞれ異なる第一および第二の波長選択フィルタが少なくとも２つ載置された第二の光機能集積基板と、第一及び第二の基板とは別の、伝播光の波長に対して透明な材料でできた基板の一方の面内に基板平行に対して角度を有し、基板厚み方向を伝播する光を屈折するための第二の傾斜面が設けられた第三の光機能集積基板を設ける。
【０００８】
この際、本発明では、第一の光素子搭載基板上の光素子と基板の外部に設けられたひとつの光ファイバを端とする光軸において、第一もしくは第三の光機能基板を透過した光が第二の光機能集積基板を通過した後、第一の波長選択フィルタおよび第二の波長選択フィルタで反射、または第一の波長選択フィルタおよび第二の波長選択フィルタで反射され、第二の波長選択フィルタを通過し、第二の光機能集積基板を通って光素子搭載基板上の受光素子へ入射されるようにするために、光素子搭載基板と、第一および第二の光機能集積基板とをそれぞれ基板厚み方向に載置する。
【０００９】
また、第一の光機能集積基板に設けられた第一の傾斜面と第三の光機能集積基板に設けられた第二の傾斜面の角度が平行をなす光機能集積素子としている。
【発明の効果】
【００１０】
１本の光ファイバで複数の波長の光を伝送する、波長多重光伝送や１芯双方向光伝送の端末機として用いられる光機能集積素子に関して、低損失な光学特性及び高信頼性を保ちつつ、小型化且つ高い歩留まりを実現可能な光機能集積素子を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に詳細に実施例を説明する。
（実施例１）
図１は、本発明の第一の実施例である光機能集積素子の断面図である。
【００１２】
図１の構成では、受光素子２２、２３、２４、２５が、基板表面の水平方向直線上にそれぞれ載置された光素子搭載基板４、基板の一方の面内に基板平行に対して角度を有し、基板厚み方向を伝播する光を屈折するための第一の傾斜面２０が設けられた第一の光機能集積基板１と、伝播光の波長に対して透明な材料でできた基板の一方の面内に伝播光の波長透過率がそれぞれ異なる第一の波長選択フィルタ８、第二の波長選択フィルタ９、第三の波長選択フィルタ１０、第四の波長選択フィルタ１１と、他方の面に伝播光を反射するミラー２１が載置された第二の光機能集積基板２と、第一の光集積基板１と同様に基板の一方の面内に基板平行に対して角度を有し、基板厚み方向を伝播する光を屈折するための第二の傾斜面１２、１３、１４、１５が設けられた第三の光機能集積基板３がそれぞれ設けられている。また、本構成では上記光素子搭載基板４と、第一、第二および第三の光機能集積基板１、２、３をそれぞれ基板厚み方向に積層している。
【００１３】
本光機能集積素子の動作の一例は以下である。たとえば、光ファイバ５から出射された光波長λ１、λ２、λ３、λ４を有する伝播光６は、第一の光集積基板１上に設けられたレンズ７によりコリメートまたは集光され、その後第一の光集積基板１を通過し、第一の光集積基板１上に設けられた角度θ１を有する傾斜面２０によりスネルの法則に従い光路変換され、光集積基板２に入射角θ３で入射する。この光はスネルの法則に従い光集積基板２内でθ４に屈折され、第一の波長選択フィルタ８に入射する。このとき、前記４つの異なる波長のうちのλ１の波長を有する光のみが第一の波長選択フィルタを８透過し、第三の光集積基板３上に形成された傾斜面１２において屈折により光路変換され、第三の光集積基板３上に設けられたレンズにより集光され、光素子搭載基板４上に設けられた受光素子２２に入射する。第二の光集積基板２上に設けられた第一の波長選択フィルタ８により反射された残りのλ２、λ３、λ４の波長の光は、第二の光集積基板２上に設けられた反射ミラー２１により反射され、第二の波長選択フィルタ９に入射する。このとき、入射した３つの波長のうちλ２の波長の光のみが第二の波長選択フィルタ９を透過する。第二の波長選択フィルタ９を透過した光は、第一の波長選択フィルタ８を透過したλ１の波長の光と同様に、第三の光集積基板上に設けられた傾斜面１３、レンズ１７を透過し、光素子搭載基板４上に設けられた受光素子２３に入射する。第二の波長選択フィルタ９で反射された残りのλ３、λ４の波長の光は、同様に第二の光集積基板２上に設けられた反射ミラー２１により反射され、第三の波長選択フィルタ１０に入射する。このとき、入射した２つの波長のうちλ３の波長のみが第三の波長選択フィルタ１０を透過する。第三の波長選択フィルタ１０を透過したλ３の波長を有する光は、第一、第二の波長選択フィルタ８、９を透過したλ１、λ２の波長の光と同様に、第三の光集積基板３上に設けられた傾斜面１４、レンズ１８を透過し、光素子搭載基板４上に設けられた受光素子２４に入射する。第三の波長選択フィルタ１０により反射された残りのλ４の波長の光は、同様に第二の光集積基板２上に設けられた反射ミラー２１により反射され、第四の波長選択フィルタ１１に入射する。このとき、この波長はこの第四の波長選択フィルタ１１を透過し、その後、第三の光集積基板３上に設けられた傾斜面１５、レンズ１９を透過し、光素子搭載基板４上に設けられた受光素子２５に入射する。このとき、第四の波長選択フィルタ１１はなくてもかまわない。
【００１４】
このように、光機能を有する基板を厚み方向に３次元的に実装した構成とすることで、チップスケールの光機能集積素子小型・高集積化が実現できる。また、授受する光は基板内部及び空間を伝播させるため、前述した光導波路を用いたＰＬＣ型と比較すると媒体中の伝播損失や環境温度変化による特性変動の問題は回避可能である。さらに拡張性を考慮した場合、本発明の構成によると、光部品の追加は光機能集積基板の基板厚み方向へ積層すれば良いため、各個別光部品を２次元方向に追加する従来方式と比較して少ない部品数及び実装面積で拡張可能である。
【００１５】
ここで、光素子搭載基板４の材料は特に限定されないが、後述する光素子２２、２３、２４、２５とパッケージとの電気線路を基板上に形成するため、Sｉなどの半導体或いはセラミックが好ましい。また、第一の光機能集積基板１、第二の光集積基板２、および第三の光機能集積基板３の材料は、光ファイバから受光素子２２、２３、２４、２５に対して授受される光が基板内部を伝播するため、伝播光の波長に対して透明な又は透明度の高い材料である必要があり、石英ガラス、或いはＳｉ、ＩｎＰ、ＧａＡｓ等が好適である。
【００１６】
さらに、光素子搭載基板４上に載置される受光素子２２、２３、２４、２５は、基板厚み方向を伝播する光と授受されるため、実装の簡略性を考慮すると面受光型ダイオードが良い。
【００１７】
また、光素子搭載基板４上に載置される光素子は、発光素子でもよい。この場合、受光素子の場合と全く逆の光路をとる。また、このときの発光素子は、基板厚み方向を伝播する光と授受されるため、実装の簡略性を考慮すると、基板に垂直に面発光レーザを始めとする出射する垂直出射型レーザがよい。
【００１８】
また、波長選択フィルタの入射角が大きくなることにより、波長選択フィルタの偏波特性による偏波面依存性が大きくなる。この波長選択フィルタの偏波面依存性を抑制するために、第二の基板上に形成された前記波長フィルタに対して光軸が15°以下であるとよい。
（実施例２）
図２は、本発明の第一の実施例の光機能集積素子をパッケージ化した際の構造例を示す。
【００１９】
本構造では、光素子搭載基板４、第一、第二及び第三の光機能集積基板１、２、３それぞれ基板厚み方向に載置された光機能集積素子２６パッケージ２７上に載置している。
【００２０】
また、素子搭載基板４にメタル蒸着などによって電気線路２９、３２を設け、同電気線路と受光素子２２、２３、２４、２５とが電気接続されるように各光素子を載置している。また、電気線路２９、３２はパッケージに設けられた電気端子３１、３４とメタルワイヤ３０、３３を通して接続されることにより、光機能集積素子２６とパッケージ２８外部とで電源或いは電気信号の授受がされる構造としている。なお、ここでは紙面の都合上、受光素子２素子分の接続のみ示してあるが、４素子すべてにおいて、同様に素子搭載基板４上に設けられた電気線路と、メタルワイヤを通してパッケージに設けられた電気端子と接続されていることは言うまでもない。
【００２１】
また、パッケージ上面の任意の位置にレンズ２７を載置することにより、第一の光集積基板１上に設けられたレンズ７を代替することで、光素子２２、２３、２４、２５と、パッケージ外部に設けられた光ファイバ５間を伝播する光６が光機能集積素子２６およびレンズ２７を介して光学的に接続される構成としている。
【００２２】
このように本発明の光機能集積素子では、前述した光素子をファイバ付光同軸パッケージとして構成した従来の波長多重、光機能集積素子の小型化・量産性に優れている。また、本構成によってパッケージ外部に設けられた光ファイバ５と光機能集積素子２６はレンズ２７を介して空間的に光学接続され、パッケージを気密封止できるため、光機能集積素子の高信頼性も満足できる。
【００２３】
なお、図面中で使用する符号の説明は次の通りである。
１、２、３…光機能集積基板、４…光素子搭載基板、５、３７…光ファイバ、６…伝播光、７、１６、１７、１８、１９…レンズ、８、９、１０、１１…波長選択フィルタ、１２、１３、１４、１５、２０…傾斜面、２１…反射ミラー、２２、２３、２４、２５…受光素子、２６…光機能集積素子（チップ）、２７…レンズ、２８…パッケージ、２９、３２…電気配線、３０、３３…メタルワイヤ、３１、３４…パッケージ電気端子、３５…光合分波器、３６…ファイバ付同軸型パッケージに実装された光素子。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
１本の光ファイバで複数の波長の光を伝送する、波長多重光伝送や１芯双方向光伝送の端末機として用いられる光機能集積素子に関して、低損失な光学特性及び高信頼性を保ちつつ、小型化且つ高い歩留まりを実現可能な光機能集積素子を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１は、本発明の第一の実施例である光機能集積素子の断面図である。
【図２】図２は、本発明の第一の実施例の光機能集積素子をパッケージ化した際の構造図である。
【図３】図３は、従来モジュール方式である、４つのファイバ付光同軸パッケージによる波長多重の基本構成図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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