(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光伝搬方向である光軸をｚ軸、これに直交する断面で垂直方向の軸をｘ軸、水平方向の軸をｙ軸とし、基板上に該ｘ軸および該ｙ軸の原点をほぼ中心として該ｚ軸方向に光ビームを伝搬するように形成されたコア部と、該コア部を囲むクラッド層とを有する光導波路を備えた光モジュールであって、
前記光導波路の前記コア部は前記ｙ軸及び前記ｚ軸からなるｙ−ｚ断面内に該ｚ軸沿いに並ぶ複数のコアで形成され、
前記複数のコアは、前記光モジュールにおける前記光導波路で伝搬される前記光ビームが入射される側から、前記ｚ軸沿いに並ぶ複数の円筒状コアからなる第１群、該第１群に属さず且つ該ｚ軸沿いに並ぶ複数の矩形状コアからなる第２群、及び該第１群並びに該第２群のいずれにも属さず且つ該ｚ軸沿いに並ぶ複数の円筒状コアからなる第３群とがこの順に該ｚ軸沿いに並べて成り、
前記第１群に属する前記複数の円筒状コアは前記光モジュールに入射した前記光ビームのスポット径を拡大する光ビームスポット径拡大幅制御部をなし、前記第２群に属する前記複数の矩形状コアは前記光ビームスポット径拡大幅制御部で拡大された該光ビームのスポット径を維持する光ビームスポット径維持部をなし、前記第３群に属する前記複数の円筒状コアは前記光ビームスポット径維持部を通過した該光ビームのスポット径を縮小する光ビームスポット径縮小部をなし、
前記第１群に属する前記複数の円筒状コア及び前記第３群に属する前記複数の円筒状コアの各々は、前記ｙ−ｚ断面内にて円形状を呈し、前記第２群に属する前記矩形状コアの各々は、前記ｙ−ｚ断面内にて矩形形状を呈することを特徴とする光モジュール。
【請求項２】
前記第２群に属する前記ｙ−ｚ断面が矩形形状の前記複数の矩形状コアは、そのｙ軸方向の長さが互いに異なることを特徴とする請求項１記載の光モジュール。
【請求項３】
前記第１群に属する前記複数の円筒状コアの前記ｙ−ｚ断面内における直径は前記光ビームの伝搬方向に沿って徐々に大きくなり、且つ
前記第３群に属する前記複数の円筒状コアの前記ｙ−ｚ断面内における直径は前記光ビームの伝搬方向に沿って徐々に小さくなることを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかに記載の光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として光伝送システムあるいは光交換システムに使用される光伝送モジュールに係り、光伝送モジュールにおける発光素子または受光素子と光ファイバ、あるいは発光素子または受光素子と光回路、光回路と光ファイバ、光スイッチやビームスプリッターなどにおける光結合技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
情報伝送路の光化が進展し、各種産業の事業所ビルのみならず、集合家屋や個別家屋にまで光ファイバを用いた情報伝送が計画されている。ここでの重要課題の１つは、言うまでもなく光伝送システムの低価格化であり、特に末端の一般加入者に接続される光伝送モジュールの低価格化が急務になっている。
【０００３】
この加入者系光伝送モジュールの大幅低コスト化のため、近年光ビームスポット径拡大器付き半導体レーザの実用化が進められてきた。これは部品としてのレンズを除去するために半導体レーザにレンズ機能を持たせたものと解釈できる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この光ビームスポット径拡大器付きレーザの作製には、コア部の出射端側膜厚をテーパ状にするため、選択結晶成長技術が用いられている。しかしながら、ビームスポット径拡大部の集積化はレーザ自体の最適設計に影響しレーザの最適化が徹底されない、あるいはレーザ特性に対する作製誤差の影響が敏感になる等の新たな問題も発生している。このため従来型レーザに対し製造歩留りが劣化し、レーザ自体の価格を上昇させ、よって光伝送モジュールの大幅価格低減には至っていない。
【０００５】
また、光ビームスポット径拡大器付きレーザを用いる場合においても従来と同様のレーザと光導波路や光ファイバ等の位置合せ精度が要求され、組立の生産性や歩留りの大幅な向上が達成できず光伝送モジュール価格低減における大きな課題となっている。
【０００６】
さらに、アレー型半導体レーザでは光ビームスポット径拡大器付きレーザの実用化そのものが未だ達成されていない。そのため、アレー型半導体レーザを用いた光並列伝送モジュールではマイクロレンズアレー等のレンズの導入が必須となり、レーザと光導波路や光ファイバ等の位置合せ精度の他、レンズについての位置合せ精度が要求され、組立の生産性や歩留りの大幅な向上が達成できず光伝送モジュールの低価格化を困難にしている。
【０００７】
その他、半導体レーザと光ファイバとの間に光導波路で実現される光回路があるモジュールでは、半導体レーザの遠視野像発散角が光ファイバのそれとほぼ同等でない限り、半導体レーザと光回路、光回路と光ファイバの間の光結合を同時に最適化することはできず、それぞれの最適化は犠牲にする条件下で光回路を設計せざるを得ない、という問題がある。あるいは、逆に、光結合効率を優先するために、光回路を小形にするというような課題を犠牲にする、という問題がある。
【０００８】
本発明は、上記した問題点を解決するものであり、光ビームスポット径を変換できる光導波路を備えた全く新規な光モジュールを提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
光伝送モジュールは光ファイバで情報を伝送するものであり、ファイバへの光結合効率を上げることが重要である。光結合効率を上げることは光ファイバの固有モードを効率良く励振することである。光ファイバの前段に光導波路からなる光回路が設けられる場合にも、光導波路、光ファイバそれぞれの固有モードを効率良く励振することが基本になる。これは光スイッチと光ファイバ、光合分波器と光ファイバ、ビームスプリッタと光ファイバの間でも同じである。
【００１０】
従って、例えば、半導体レーザ、光導波路、光ファイバの固有モードがそれぞれ異なる場合、これら光部品（半導体レーザ、光導波路、光ファイバ）間の光結合を上げるには、前段の光部品の固有モードを後段の光部品の固有モードに近似的に変換するモード変換器を挿入することが必要となる。すなわち、各光部品においてそれぞれの固有モードで励振できるように、光部品間で固有モードを変換させることが必要となる。
【００１１】
また、光ビームスポット変換器を光結合特性を向上させるモード変換器として機能させるには、ビームスポット径を急激に変換しないように波面を制御して滑らかにモード変換を行う必要がある。
【００１２】
そこで、本発明は、上記目的を達成するために、特許請求の範囲の通りに構成した。
【００１３】
これらは、光導波路を形成するプロセス以外の特殊な技術を用いることなく作製でき、波面を制御して滑らかにモード変換を行うことができる。例えば、セグメント状の複数個のコアを用い、コア間の間隔を調整して実効屈折率をほば一定に保ちながら、セグメント状のコアの幅をｚ軸に沿って変化させることで滑らかに波面制御を行うことができる。
【００１４】
また、例えば、セグメント状のコアの幅を、ｙ−ｚ断面が略円形と見なせる形状になるよう、ｚ軸に沿って光軸(ｚ軸)に近いコア部は厚く、光軸から離れるに従ってコア部を薄くすることで、屈折率の高い領域の光の伝搬速度(位相速度)を遅くし、光軸から離れるに従って光の伝搬速度を早くすることができる。その結果、入射したレーザ光は、光の進行方向において光軸に収束していくように波面が湾曲するので、前段の光部品の固有モードを後段の光部品の固有モードに近似的に変換することが可能となる。
【００１５】
一方、この入射されたレーザ光は、光軸に向かって収束するように波面が湾曲する作用を受けるが、コアとクラッド間の屈折率差が小さいとその屈折力は極めて小さく、略円形状コアの数が少ない場合は入射レーザ光のビーム径は拡大することになる。そのため、コアの形状や数を適正化することが重要となり、これによってビーム径をその後光回路の導波路固有モード径まで小さな損失で縮小していくことが可能となる。
【００１６】
また、ビーム径拡大率の適正な決定が光結合効率と軸ずれ許容度(トレランス)の両者を、あるいはそのいずれかを他方を犠牲にすることなく大きくするために重要である。例えば、後述するように、略円形状コアの半径やその数をパラメータにしてそれらを適正化することが重要となる。
【００１７】
さらに、ｙ−ｚ断面が略円形状のセグメント状のコア群と矩形形状のコア群との連結で構成することで、矩形コア群の領域においてビーム径が一定に保持され、その状態で光軸からずれたビームが光軸に引き戻される作用を受けるため、位置合せトレランスを向上させることができる。
【００１８】
これによって、ＬＤ(半導体レーザ)等の発光素子からの光が光ビームスポット可変光導波路に入射されるとき、単一モード光導波路の固有モードに大きな損失なく滑らかにモード変換することができる。また、高効率な、あるいは位置ずれ許容度(トレランス)が緩和された光結合を実現できる。
【００１９】
なお、入射端での大きなビーム径を縮小するには、凸レンズ相当の波面変換を実現しなければならないので、この凸レンズ相当の変換器は入射端での大きなビーム径のレーザ光を受光するのに必要十分な大きさの口径となっている。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施例を図を用いて説明する。
【００２１】
図１は、光ビームスポット変換器を備えた光導波路を示した図である。
【００２２】
ｙ−ｚ断面において、円形のセグメント状コア群と矩形のセグメント状コア群との連結で構成した場合を示してある。
【００２３】
図において、図示しない半導体レーザなどからの光ビームが入射すると、その入射した光ビームは光ビームスポット変換器１１を介して光導波路１４に導かれる。ここでｚ軸が光ビームの進行方向となる。
【００２４】
光ビームスポット変換器１１は、さらに光ビームスポット径拡大幅制御部１１ａ、光ビームスポット径保持部１１ｂ、光ビームスポット径縮小部１１ｃから構成される。
【００２５】
光ビームスポット径拡大幅制御部１１ａでは、略円筒形状のコアを複数個備えており、その凸レンズ作用により伝播する光ビームスポット径の拡大幅を制御し、光ビームがほぼ平行光となるように制御する。すなわち、拡がろうとする光ビームを略円筒形状のコアを用いて拡がらずに収束するように制御する。図では同一直径の円形形状のコアを複数個配置しているが、伝播する光ビームのビーム径は拡大するので前段のコアの直径以上のものを配置してもよい。光ビームスポット変換器長を短くする観点に立てば、徐々に直径が大きくなるようにコアを配置することが好ましい。
【００２６】
また、トレランス向上を考えると、この一段目のコアは、入射する光ビームをガウスビームで近似した場合、その強度がピーク強度のほぼ１/e2となる点のビーム径以上の直径のもので構成することが好ましい。一方、直径を大きくし過ぎると屈折力が弱まってコア数を増やす必要があり、ビームスポット変換器長が長くなってしまう。そこで、例えば、レーザの拡がり角が約６°〜約４５°（レンズ機能付き：約６°〜約１５°、レンズ機能なし：２５°〜４５°）、レーザからの距離が約５〜５０μｍの場合、約３〜２５０μｍの直径のコアを配置することが好ましい。
【００２７】
次に、光ビームスポット径保持部１１ｂは矩形形状のコアを複数個備えており、光ビームスポット径拡大幅制御部１１ａからの光ビームのビーム径を保持するように構成される。コア間のギャップはほぼ一定となるように構成している。この光ビームスポット径保持部１１ｂの長さにより、例えば位置ずれによるレーザと光導波路との光軸のずれが生じた場合であっても、伝播する光ビームを光導波路１４の光軸（Ｚ軸）へ収束するように制御される。
【００２８】
次に、光ビームスポット径縮小部１１ｃでは、略円筒形状のコアを複数個備えており、その凸レンズ作用により光ビームスポット径保持部１１ｂからの光ビームを縮小して光導波路１４の有するビームスポット径に近づくように構成される。図では同一直径の円形形状のコアを複数個配置しているが、ビーム径の縮小を許容しているので前段のコアの直径以下のものを配置してもよい。
【００２９】
なお、これまで説明した光ビームスポット変換器１１と光導波路１４の備えるコアは同一材料で構成され、そのコアの周りはクラッド１２で覆われている。コア１１、１４とクラッド１２の比屈折率差は、シングルモード条件からして0.2〜2.0％程度が好ましい。特に0.3〜0.6％程度が好ましい。
【００３０】
以上のように構成することで、レーザからのビームスポット径を急激に変換しないように波面を制御して滑らかに光導波路に合わせた好適なビームスポット径に変換することができる。また、ビームスポット径保持部を有することでトレランスを改善することができ、組立時の生産性を向上させることができる。なお、結合効率を改善する観点からすると、ビームスポット径保持部のない構成であっても良い。
【００３１】
ところで、本実施例における光ビームスポット変換器１１の主な損失はクラッド層とコア層との界面での反射損と、周期性が強い場合の回折損等のコア層からクラッド層に漏れていく放射損である。反射損はクラッドーコア間の屈折率差が小さい場合にはほとんど無視できるから、回折損の低減が設計上の一つのポイントになる。回折損の低減には同一形状のコア数を制限するか、コア形状を緩やかに変えて周期性を弱めれば良い。図３に示す光導波路は回折損を考慮した構成であるがこれについては後述する。
【００３２】
一方、クラッドとコアとの間の屈折率差を小さくなるように構成した場合には、光ビームの伝播方向となるｙ−ｚ断面での円形形状のコア１１ａ、１１ｃの屈折力が弱くなり期待するビームスポット径に変換することが難しくなる。そのため、図１などに示す光導波路では複数個のコアを用いて必要な凸レンズ作用を得るように構成している。
【００３３】
なお、図１では光ビームスポット径拡大幅制御部１１ａとビームスポット径縮小部１１ｃとをほぼ円形状のコアを用いて構成したが、所望の凸レンズ作用が得られるものであれば形状は問わない。光ビームが入射もしくは出射する面に曲線もしくは曲線を近似したものがあれば良い。従って、ほぼ楕円形状のものであっても良い。
【００３４】
図２は、上記の基本的な考え方の元にシミュレーションを行い、この結果に基づいて設計された光ビームスポット変換器を示すものである。図２(ａ)は断面図、(ｂ)はｘ＝０でのｙーｚ平面図である。但し(ｂ)は実施例がz軸に長く連続して図示できないので、途中を切断し２列に分割して示した。
【００３５】
本実施例では、前述の円柱形状を折線で近似した略円形状のセグメント状コアを用いた。一般的なＣＡＤ技術を用いてセグメント状コアを形成するためのマスクを設計すると、図２に示すような、円柱形状を折線で近似した略円形状のものとなる。楕円形上を形成する場合も同様である。また、その断面形状を緩やかに変えながら連続コアの光導波路につないでいる。なお、本実施例においては、コア１１の屈折率Ｎ０＝１.４６４１６、クラッド１２、１３の屈折率を共にＮ１＝Ｎ２＝１.４５７６としている。
【００３６】
これは、図１に示したビームスポット径保持部を設けないものである。すなわち、光ビームが平行光となるように制御した後、所望のビームスポット径となるように縮小して光導波路へと光ビームを伝播させる。この場合、図１に比べてトレランスは改善されないが、結合効率を向上させることは可能である。
【００３７】
また、ビームスポット径縮小部において、光が入射する幅が小さくなるようにコアの形状を変化させているが、これは伝播する光ビームに対するレンズ作用を弱めながら、光導波路へ導くためのものである。これについては、後の図３において詳細に説明する。
【００３８】
図３は、(ａ)が本発明における小形の光ビームスポット変換器の第２の実施例を示すｘ＝０でのｙ−ｚ平面図、(ｂ)が本発明における第３の実施例を示すｘ＝０でのｙ−ｚ平面図である。第２及び第３の実施例は共にｙ−ｚ断面が円形のセグメント状コア群と矩形のコア群との連結で構成しているが、いずれもビームスポット径保持部と、ビームスポット径縮小部との構成が図１に示したものと異なる。
【００３９】
第２の実施例である(ａ)では円形のセグメント状コアの断面形状を緩やかに変えながら連続コアの光導波路につないでいる。すなわち、入射した光ビームが、ほぼ同一直径の円筒形状の４個のセグメントから成るコア群（ビームスポット径拡大制御部）、ほぼ同一の矩形形状の７個のセグメントと、徐々にコアのＹ方向の幅を短くし、Ｚ方向の長さを長くし、コア間のギャップを狭くした５個のセグメントからなるコア群（ビームスポット径保持部）、ほぼ同一直径の円筒形状の４個のセグメントと、徐々にコアのＹ方向の幅を短くし、Ｚ方向の長さを長くした５個のセグメントからなるコア群（ビームスポット径縮小部）を介して光導波路に導かれるように構成されている。
【００４０】
ビームスポット径保持部において、矩形形状のコアを複数個配置して周期構造とした場合、ブラッグ回折による損失が生じる。トレランス向上を考慮すると、コア数を増やしたいがそれによって損失が生じてしまう。そこで、図示するように、徐々にコアのＹ方向の幅を短くし、Ｚ方向の長さを長くし、コア間のギャップを狭くした５個のセグメントを配置することで、すなわちコア形状を緩やかに変えて周期性を弱めることで損失を抑制するように構成した。
【００４１】
また、ビームスポット径縮小部ではビーム径を縮小させて光導波路のビーム径とほぼ同一にさせるが、本実施例においては徐々にコアのＹ方向の幅を短くし、Ｚ方向の長さを長くした５個のセグメントを配置することで、凸レンズ作用を徐々に弱めながら光導波路のビームスポット径へ変換するように構成した。これは強い凸レンズ作用によって短距離間で細く絞った光ビームは、連続コアの光導波路が受容できるＮＡ(開口数)以上のビームとなり、連続コアの光導波路内においてコア外に漏洩しやすくなり伝播時の損失となるからである。具体的には、直径を徐々に大きくした円形状を作成し、その円形状に対して光軸を中心としたＹ方向の幅を徐々に短くなるように除去した形状を用いて構成している。これによると単なる矩形形状にはならずに光ビームの入射面と出射面とが曲率を有するので、凸レンズ作用を弱めながらビームスポット径を縮小しモード変換を実現することが可能となる。
【００４２】
一方、第３の実施例の(ｂ)ではビームスポット縮小部において円形のセグメント状コア群から連続コアの光導波路に直接つないでいる。すなわち、入射した光ビームが、ほぼ同一直径の円筒形状の４個のセグメントから成るコア群（ビームスポット径拡大制御部）、ほぼ同一の矩形形状の７個のセグメントと徐々にコアのＹ方向の幅を短くし、Ｚ方向の長さを長くし、コア間のギャップを狭くした５個のセグメントからなるコア群（ビームスポット径保持部）、ほぼ同一直径の円筒形状の７個のセグメントからなるコア群（ビームスポット径縮小部）を介して光導波路に導かれるように構成されている。
【００４３】
これによっても（ａ）と同様の効果が得られるが、光ビームスポット径縮小部の構成が異なる分、光結合効率がやや劣る。トレランスについては(ａ)と同様の改善が得られる。
【００４４】
図４は、第１の実施例における光ビームスポット変換の性能を示すもので、ｙ−ｚ断面における光強度の等高線２１を用いてこれを示した。同図はｙ軸を約５倍に拡大してあり、ｚ方向は３００μｍの長さになっている。
【００４５】
この実施例では、レーザ光として遠視野像発散角が半値半幅で１２度を仮定し、これを導波路から２０μm離して配置した場合を示している。またここで図４(ａ)はレーザが光軸上にある場合、同(ｂ)はｙ軸に＋２μmずらして配置した場合である。尚、レーザ光は図の下側から入射し、上に向かって進行している。図４(ａ)より光の進行とともにビーム径が緩やかに拡大し、ほぼ一定になってから光導波路の固有モードに近づいているのが分かる。すなわち、波面を制御して滑らかにモード変換を行えることが分かる。なお、この計算には３次元のＦＤ−ＢＰＭを用いた。
【００４６】
図５は、本発明の第１の実施例における光結合特性を、レーザのｙ方向ずれ量と結合効率との関係として示したものである。また、従来法の直接光導波路にレーザ光を入射させた場合を比較のため載せてある。
【００４７】
この図で例示したように、本発明により軸ずれの許容量の改善が達成できた。すなわち、Ｙ方向に対して位置ずれがあったとしても従来例に比べて結合効率の低下は抑制されており、例えばＬＤ等の発光素子とビームスポット径変換器付きの光導波路との位置合わせ精度の許容範囲が広がることとなる。
【００４８】
これは特定の条件下で計算したものであるが、例えばレーザ光の発散角が大きい場合には更に改善効果が顕著になる。また図５は本発明の特徴の一例を例示したにすぎず、軸ずれ許容量を従来と同程度に保ったまま結合効率を向上させる、即ち従来例の結合曲線を上方にほぼ平行移動させるような結合特性の実施例も提供できる。また図示してはいないが、本発明の第２、第３の実施例においても、図５に示す第１の実施例の光結合特性とほぼ同等の光結合特性を示し、軸ずれの許容量が改善されている。なお、第１、第２及び第３の実施例では最大結合効率をほぼ一定にして軸ずれの許容量を上げる例を示したが、上記したように、最大結合効率を上げる設計も可能となる。
【００４９】
図６に第１、第２及び第３の実施例の製造プロセスを示す。
【００５０】
本実施例に於いては、ガラスもしくはＳi(シリコン)基板の上に、石英系または有機材料を用いる公知の光導波路作製法と同様の方法で製造する。例えば、Ｓi基板５５を用いた石英系の場合を説明すれば、石英系の光導波路作製とまったく同様、ＣＶＤやＥＢ蒸着あるいは火炎堆積法等による石英系の膜の製膜が基本になる。今回は、火炎堆積法による方法を示す。
【００５１】
まず、Ｓi基板５５の上に第２のクラッド層５３とコア層５１を、原料を酸水素炎中で加熱加水分解して得られるガラス微粒子として堆積する(工程（ａ）)。但し、コア層５１は酸化チタンや酸化ゲルマニウム等のドーパント濃度を高くしてある。
【００５２】
次に、ガラス微粒子膜を電気炉中で高温に加熱してこれを透明化する(工程（ｂ）)。このガラス微粒子の堆積と透明化は、通常クラッド層５３とコア層５１をそれぞれ個別に行うが、ここでは一括して行う場合を示した。
【００５３】
続いて、コア層５１のパターニングをフォトリソグラフィを用いて行う。即ち、レジストを塗布しマスクパターンを転写後、所定の深さＲＩＥ(反応性イオンエッチング)によりエッチングしてコア５１を形成する(工程（ｃ）)。
【００５４】
その後、ドーパント量により屈折率を調整した第１のクラッド層５２を、ガラス微粒子として堆積させ(工程（ｄ）)、さらに高温で加熱して透明化する(工程（ｅ）)。石英系の材料を用いる場合には、ガラス軟化温度や熱膨張係数の調整のために、補助的なドーパントを微量添加することが多い。
【００５５】
このようにフォトリソグラフィを用いてコア層をパターンニングするので、光導波路を含め実施例のような形状のコアを形成することができる。また、フォトリソグラフィを用いるので、図２に示すような曲線を直線で近似したパターンニングとなる。実際には角部は丸みを帯びる。また、光導波路とともにビームスポット変換器を形成できるので、これらの間での光軸合わせなどの精度は容易に満足することができる。
【００５６】
以上のように、従来の光導波路を形成するのと同様のフォトリソグラフィの技術を用いるので、その製造は容易であり、さらにビームスポット径変換器を製造するためだけの新たな製造工程が増えるなどのデメリットはない。また、ビームスポット径変換器とそれと接続する光導波路とは、同時に形成されるのでこれらの光軸を合わせるといった調整や組み立て作業は不要である。
【００５７】
図７は、本発明の第４の実施例である光回路を用いた光伝送モジュールの概念図である。本実施例の光回路は光導波路による分岐／合流の機能を持つ光回路であるが、その端部に光ビームスポット変換器１０１が設けられている。なお、図においては光ビームスポット変換器１０１が設けられているエリアのみを示しており、実際にはこれまで実施例１〜実施例３などの光ビームスポット変換器が形成されている。
【００５８】
光回路及び光ビームスポット変換器は、Ｓi(シリコン)基板５５の上に、石英系または有機材料を用いて作製する。石英系での作製法は上記した通りである。Ｓi基板５５には一方の入射端側に光素子をはんだ接続するためのメタライズ(図示していない)と、位置合せ用のアライメントマーク(図示していない)が形成してある。光素子１０２にも位置合せ用のアライメントマークが予め形成してあり、これらのマークを基準にしたいわゆるパッシブアライメント法により位置合せし、加熱によりはんだを溶融させて光素子１０１を接続する。はんだは、基板または素子のどちら側かに数μｍ厚蒸着してパターニングし、はんだ膜パターンとして形成しておく。光ファイバは、ガラスまたはＳi基板にＶ溝を形成し、これに埋め込んで保護板で蓋をした光ファイバブロック１０３を作製しておく。この光ファイバブロック１０３と、前記の光素子を搭載し光ビームスポット変換器を形成した基板とを、パッシブまたはアクティブアライメント法により位置合せし、接着剤１０５を用いて接着接続する。接着剤はＵＶ硬化型でも熱硬化型でもよいが、硬化時の変形が小さく、信頼性の高いものが望ましいことは言うまでもない。
【００５９】
図８は、本発明の第５の実施例であるアレー型光素子を用いた並列光伝送モジュールの概念図である。Ｓi基板５５に光ビームスポット変換器２０１を作成し、その後一方の入射端側に光素子をはんだ接続するためのメタライズ(図示していない)と、位置合せ用のアライメントマーク(図示していない)を形成する。光素子２０２にも位置合せ用のアライメントマークを予め形成しておき、これらのマークを基準にしたいわゆるパッシブアライメント法により位置合せし、加熱によりはんだを溶融させて光素子２０１を接続する。はんだは、基板または素子のどちら側かに数μｍ厚蒸着してパターニングし、はんだ膜パターンとして形成しておく。光ファイバ束２０３は、Ｓi基板にＶ溝を形成し、これに埋め込んで保護板(図示していない)で蓋をした光ファイバ束２０３のブロック２０４を作製しておく。この光ファイバ束ブロック２０４と、前記の光素子を搭載し光ビームスポット変換器を形成した基板とを、パッシブまたはアクティブアライメント法により位置合せし、接着剤１０５を用いて接着接続する。アクティブアライメントでは、基本的に両端のチャンネルを使って位置合せするが、更に中央のチャンネルを使って位置合せしてもよく、特定の方法に限定されるものではない。
【００６０】
図９は、本発明の第６の実施例であるアレー型光素子を用いた、第２の並列光伝送モジュールを示す概念図である。第５の実施例と異なるのは、Ｖ溝を形成した基板５５に光ビームスポット変換器を作製し、光素子２０１を搭載した点である。Ｖ溝を形成した基板を用いるため、光ビームスポット変換器は有機材料を使用して作製するのが容易である。光導波路用の有機材料を用いれば、スピンコートとベークで製膜できる。但し、Ｖ溝があるため平坦な膜を作製するのは困難なため、本実施例ではレジストを厚く塗布し、これを基板表面までエッチングで除去して先ずＶ溝部を埋め平坦化しておいた。Ｖ溝近傍部にはアライメントマークを形成しておき、これを基準に光ビームスポット変換器を作製し、素子搭載用メタライズを形成すれば、マスク合せの精度で相互の位置精度が決まるパターニングができ、極めて効率の高い光結合が実現できる。光素子はパッシブアライメントで位置合せし、はんだで接続する。その後光ファイバをＶ溝に挿入し、接着剤を塗布し保護板で蓋をするとともにＵＶ照射または加熱により硬化させ接着する。モジュールとしてはさらに電気的接合をとり素子の封止等も必要であるが、これは公知の方法を適用すればよいので、あるいは、本発明に直接関わらないので、説明を省略する。
【００６１】
図１０は、本発明の第７の実施例である並列光伝送モジュールを用いた交換機または計算機の信号接続を示す概念図である。大形計算機のプロセッサ間や、プロセッサ・記憶装置間等での高速信号伝送、高密度な信号配線の軽量化、細径化、耐ノイズ性向上等の目的で用いられる。装置３０１、３０２には、装置間の信号接続用基板２５３ａ、２５３ｂ、２５３ｃ、２５３ｄ等が内臓され、それぞれの信号接続用基板上には、複数個の前述の並列光伝送モジュール２５１ａ等とＬＳＩ部品２５２等が搭載されている。並列光伝送モジュール２５１ａでは、情報は電気信号から光信号へ変換され、多芯光コネクタ２５４ａを介して光ファイバアレイ２５５ａに伝送される。装置間は、同様な光ファイバアレイをまとめた光ファイバアレイ束２５６を介して信号が伝送される。光ファイバアレイ２５５ａに接続される他方の装置の信号接続用基板２５３ｂ上の並列光伝送モジュール２５１ｂでは、光信号から電気信号へ変換され、装置間の光による信号伝送が可能になる。
【００６２】
また、図示していないが、光スイッチの光ファイバーと接続する部分や、ビームスプリッターの分岐前の光導波路の先端部分、分岐後の各光導波路の先端部分に前述のビームスポット径変換機能付きの光導波路を形成することもできる。これによってもトレランスや光結合効率の向上を実現することができる。
【００６３】
これまでに説明した実施例によれば、コア形状の設計でビーム拡大率を可変できるため、例えば光素子と光ファイバおよびその間に光導波路から成る光回路とで構成される光モジュールでは、光回路の両端に光素子と光ファイバ個別に最適な光ビームスポット変換器を形成でき、光モジュールの光利用効率向上と製造の容易化に大きな効果がある。また、製造が容易になることから、光モジュールの低価格化に効果が大きい。
【００６４】
また、これまでに説明した実施例の光ビームスポット変換器は、光回路や光素子を搭載する基板上に作製できるため、光モジュールの構成が簡素で実装が容易になり、光モジュールの低価格化にこの点からも効果が大きい。
【００６５】
さらに、極めて単純なプロセスでビームスポット変換が可能な光ビームスポット変換器を実現でき、選択結晶成長のような方法を必要とするものに対し光ビームスポット変換器自体の低コスト化が可能である。
【００６６】
さらに、セグメント状のコアで構成されることから、光ビームスポット変換器の小形化（素子長の短縮）にも効果がある。
【００６７】
【発明の効果】
本発明によれば、光ビームスポット径を変換できる光導波路を備えた全く新規光モジュールを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光ビームスポット変換器の概略を示す斜視図。
【図２】本発明の光ビームスポット変換器の第１の実施例を示す断面図と平面図。
【図３】  (ａ)は本発明の光ビームスポット変換器の第２の実施例を示す断面図と平面図。(ｂ)は本発明の光ビームスポット変換器の第３の実施例を示す断面図と平面図。
【図４】本発明の第１の実施例における光ビームスポット変換器の作用を示す光強度等高線図。
【図５】本発明の第１の実施例における光ビームスポット変換器の光結合特性を示す図。
【図６】本発明の光ビームスポット変換器の製造プロセスを説明する断面図。
【図７】本発明の第４の実施例を示す光ビームスポット変換器付き光伝送モジュールの斜視図。
【図８】本発明の第５の実施例を示す光ビームスポット変換器付き第１の並列光伝送モジュールの斜視図。
【図９】本発明の第６の実施例を示す光ビームスポット変換器付き第２の並列光伝送モジュールの斜視図。
【図１０】本発明の第７の実施例を説明する図。
【符号の説明】
１１、５１   ……  コア
１２、５２   ……  第１のクラッド
１３、５３   ……  第２のクラッド
２１         ……  光強度等高線
５５         ……  シリコン基板
１０１       ……  光ビームスポット変換器
１０２       ……  光素子
１０３       ……  光ファイバブロック
２０１       ……  光ビームスポット変換器
２０２       ……  アレイ型光素子
２０３       ……  光ファイバ束
２０４       ……  光ファイバ束ブロック
２５１ａ、２５１ｂ ……  並列光伝送モジュール
３０１、３０２     ……  装置
【図１】
0003752965.tif 000002
【図２】
0003752965.tif 000003
【図３】
0003752965.tif 000004
【図４】
0003752965.tif 000005
【図５】
0003752965.tif 000006
【図６】
0003752965.tif 000007
【図７】
0003752965.tif 000008
【図８】
0003752965.tif 000009
【図９】
0003752965.tif 000010
【図１０】
0003752965.tif 000011