(57)【要約】  少なくとも一方の面に電気配線（９，３９）が形成され、通過部を有する配線基板と、電気配線が形成された面に活性領域（１３）が対向し、かつ、前記活性領域が前記通過部に対向するように前記配線基板に実装された平面状の光学素子（１２）と、一端が前記光学素子と光学的に結合された光導波路とを備える。これにより、光導波路としてシングルモードの光ファイバ（２）やシングルモードの平面導波路（５１）を用いる場合であっても、高い光結合効率が容易に実現できる。
2005057262.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一方の面に電気配線が形成され、信号光通過部を有する配線基板と、
前記電気配線が形成された面に活性領域が対向し、かつ、前記活性領域が前記信号光通過部に対向するように前記配線基板に実装された平面状の光学素子と、
一端が前記光学素子と光学的に結合された光導波路と
を備えたことを特徴とする光モジュール。
【請求項２】
前記光導波路は、光ファイバから構成され、
前記信号光通過部は、前記配線基板の前記光学素子の前記活性領域と対向する位置に形成された穴から構成され、
前記穴は、前記活性領域の中心軸を中心とする前記光ファイバの外径と同じ直径の円を含みかつ該円よりも広い範囲に亘って形成されており、
前記光ファイバを保持しているフェルールをさらに備え、
前記光ファイバの先端部は、前記フェルールの端面から突出して前記穴内に挿入され、前記活性領域に近接して光学的に結合している
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】
前記光ファイバの先端部は、前記フェルールの端面から２００μｍ以下の長さだけ突出している
ことを特徴とする請求項２記載の光モジュール。
【請求項４】
前記光ファイバの前記先端部と前記光学素子の前記活性領域との間隔は、１００μｍ以内である
ことを特徴とする請求項２記載の光モジュール。
【請求項５】
前記フェルールがホルダによって保持され、このホルダが前記配線基板に固定されることによって前記光ファイバの前記先端部が前記活性領域に対向するように保持される
ことを特徴とする請求項２記載の光モジュール。
【請求項６】
前記光導波路は、光ファイバから構成され、
前記配線基板の基材は、前記光学素子において発光または受光される波長の光に対する透光性を有しており、
前記信号光通過部は、前記電気配線の前記光学素子の前記活性領域と対向する位置に形成された開口と、前記配線基板の基材とから構成され、
前記開口は、前記活性領域の中心軸を中心とする前記光ファイバのコアの外径と同じ直径の円を含みかつ該円よりも広い範囲に亘って形成されており、
前記光ファイバの前記先端部と前記光学素子の前記活性領域とが光学的に結合している  ことを特徴とする請求項１記載の光モジュール。
【請求項７】
前記光ファイバの前記先端部と前記光学素子の前記活性領域との間隔は、１００μｍ以内である
ことを特徴とする請求項６記載の光モジュール。
【請求項８】
前記フェルールがホルダによって保持され、このホルダが前記配線基板に対して固定されることによって前記光ファイバの前記先端部が前記活性領域に対向するように保持される
ことを特徴とする請求項６記載の光モジュール。
【請求項９】
前記光導波路は、平面導波路基板に形成された平面導波路から構成され、
前記信号光通過部は、前記配線基板の前記光学素子の前記活性領域と対向する位置に形成された穴から構成され、
前記穴は、前記活性領域の中心軸を中心とする前記平面導波路のコアよりも広い範囲に亘って形成されており、
前記平面導波路基板の前記平面導波路端部と前記光学素子の前記活性領域とが光学的に結合している
ことを特徴とする請求項１記載の光モジュール。
【請求項１０】
前記光導波路は、平面導波路基板に形成された平面導波路から構成され、
前記配線基板の基材は、前記光学素子において発光または受光される波長の光に対する透光性を有しており、
前記信号光通過部は、前記電気配線の前記光学素子の前記活性領域と対向する位置に形成された開口と、前記配線基板の基材とから構成され、
前記開口は、前記活性領域の中心軸を中心とする前記平面導波路のコアよりも広い範囲に亘って形成されており、
前記平面導波路基板の前記平面導波路端部と前記光学素子の前記活性領域とが光学的に結合している
ことを特徴とする請求項１記載の光モジュール。
【請求項１１】
前記配線基板は、ポリマなどのフレキシブルな誘電体を基材として形成されている
ことを特徴とする請求項１記載の光モジュール。
【請求項１２】
前記配線基板は、前記光学素子が実装されている部分以外の個所で曲げられており、該配線基板の一部の表面が前記光導波路の光軸と実質的に平行になっている
ことを特徴とする請求項１１記載の光モジュール。
【請求項１３】
前記配線基板の末端部の表面が前記光導波路の光軸と実質的に平行になっている
ことを特徴とする請求項１２記載の光モジュール。
【請求項１４】
少なくとも前記配線基板の曲げられている個所では、前記電気配線のうち高周波信号を伝送する配線がコプレーナラインまたはマイクロストリップラインを構成している
ことを特徴とする請求項１２記載の光モジュール。
【請求項１５】
前記コプレーナラインまたはマイクロストリップラインが前記誘電体を挟んで他の前記電気配線と対向している
ことを特徴とする請求項１４に記載の光モジュール。
【請求項１６】
前記光学素子は面発光レーザであり、
前記活性領域は発光領域であり、
前記光モジュールは光送信モジュールである
ことを特徴とする請求項１記載の光モジュール。
【請求項１７】
前記光学素子は平面状受光素子であり、
前記活性領域は受光領域であり、
前記光モジュールは光受信モジュールである
ことを特徴とする請求項１記載の光モジュール。
【請求項１８】
少なくとも光導波路と平面状の光学素子とを有する光モジュールの前記光導波路の前記光学素子とは反対側の端部に、前記光学素子を透過する波長の観測光を照射する照射ステップと、
前記光学素子を透過した前記観測光を用いて、前記光導波路の光軸に垂直な面内において前記光導波路と前記光学素子の相対位置を調整する調整ステップと
を備えること特徴とする光モジュールの製造方法。
【請求項１９】
前記光学素子は面発光レーザであり、
前記光モジュールは光送信モジュールである
ことを特徴とする請求項１８記載の光モジュールの製造方法。
【請求項２０】
前記光学素子は平面状受光素子であり、
前記光モジュールは光受信モジュールである
ことを特徴とする請求項１８記載の光モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバなどの同軸導波路や平面導波路等の光導波路を光学的に接続するための光結合構造と、面発光レーザや平面状受光素子などの光学素子とを有する光モジュールとその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信に用いられるフロントエンドの光モジュールの光ファイバ結合光学系は、光ファイバおよびこれを固定する部材と、集光光学系と、半導体レーザや受光素子等の光学素子とから構成されている。このなかでも近年、光ファイバケーブルを着脱可能なレセプタクル構造を有する光モジュールの重要性が大きくなっている。レセプタクル構造を有する光モジュールでは、コアとクラッドからなる光ファイバ芯線が埋め込まれたフェルールを実装しており、このようなフェルールを終端部に有する光ファイバケーブルを着脱可能な構成となっている。【０００３】
面発光レーザを有する光送信モジュールは、低価格の光送信モジュールとして期待されている。この理由としては、面発光レーザの低価格化が期待されることや、集光光学系を用いることなく面発光レーザの出力光を光ファイバに直接入力する構成であるため安価な光ファイバ結合光学系を実現できることなどが挙げられる。面発光レーザを用いた光送信モジュールは、短波長帯（０．８５μｍ帯）の短距離光通信用途で製品化が進んでおり、光ファイバのコア径の大きい（５０μｍ程度）マルチモード光ファイバが主に用いられている。このマルチモード光ファイバでは、光ファイバのコア径が大きいため、光ファイバと面発光レーザの発光領域との相対的な位置決め精度は誤差５〜１０μｍ程度でよい。このため、簡易なレンズ結合光学系を用いることができ、結果として安価な光ファイバ結合光学系を実現することができる。短波長帯の面発光レーザモジュールでは、主に、上述したような光ファイバ結合光学系が用いられている。【０００４】
これに対して、現在開発が行われている長波長帯（１．２６〜１．６μｍ帯）の面発光レーザを用いた光送信モジュールは、中距離から長距離の光通信用途が中心であり、光ファイバとしては主にシングルモード光ファイバが用いられている。この場合、シングルモード光ファイバのコア径が１０μｍ程度と小さいため、光ファイバ結合光学系の構成部品の相対的な位置精度は、光軸に垂直な面内では１μｍ程度以下と非常に厳しい。また、面発光レーザは最大光出力が小さいため、必要な光出力を得るためには面発光レーザからシングルモード光ファイバへの光結合効率を高くすることが必要である。これらの要求を満たすレンズ結合光学系は、部品作製精度および実装精度が高くなければならず、製造コストが非常に高価になってしまう。このため、長波長帯の面発光レーザを用いた光送信モジュールでは、面発光レーザの出力光をシングルモード光ファイバに直接入力し、レンズを用いない、安価で光結合効率の高い光ファイバ結合光学系が望まれている。【０００５】
上述した状況に加えて、近年では光通信のビットレートが２．５Ｇｂｐｓから１０Ｇｂｐｓへ増大してきており、このようなビットレートに対応できる面発光レーザを有する光送信モジュールが望まれている。このためには、面発光レーザの高速化はもちろんのこと、この面発光レーザを搭載するモジュールの高周波特性を改善することも必須になっている。【０００６】
また、近年、波長多重光通信において光導波路として平面導波路型の波長多重光送受信モジュールが実用化されている。この場合も、半導体レーザや受光素子等の光学素子と平面導波路基板に形成したシングルモードの平面導波路を低損失で光結合することが課題になっており、安価で光結合効率の高い平面導波路と光素子の結合系が望まれている。【０００７】
一方、平面状受光素子を用いた光受信モジュールは、通常は受光口径が２０μｍ程度以上と比較的大きいため、シングルモードの光ファイバやシングルモードの平面導波路を用いたモジュールであっても、面発光レーザを用いた光送信モジュールよりも実装精度が低くて構わない。しかし、高周波特性に関する要求は、光送信モジュールと同様である。平面状受光素子を用いた光受信モジュールも、上述した面発光レーザを用いた光送信モジュールと同様の構成であるのが望ましく、送信用と受信用のモジュールが同様な構成であれば、光送信モジュールと光受信モジュールをセットにして製造でき、コストを低減することができる。【０００８】
以下、面発光レーザの出力光を光ファイバに直接入力する光ファイバ結合光学系を用いた光送信モジュールの従来例について説明する。【０００９】
図１２に、面発光レーザを用いた光送信モジュールの第１の従来例の構造を示す（例えば、国際公開ＷＯ００／０８７２９号（特願２０００−５６４２７２号）（特許文献１）を参照）。配線基板１０３上に絶縁膜１０４を介して立てられた位置決め板１０２に面発光レーザ１００が実装され、面発光レーザ１００の発光領域１０１は光ファイバ１０５の光軸に対して垂直になっている。光ファイバ１０５と面発光レーザ１００は、透明樹脂１０６により固定されている。面発光レーザ１００とレーザドライバＩＣ１０７および配線基板１０３とは、ボンディングワイヤ１０８，１０９で電気的に接続されている。レーザドライバＩＣ１０７と配線基板１０３とは、樹脂１１０により固定されている。このような光送信モジュールは、レンズを持たず、面発光レーザ１００の出力光を光ファイバ１０５に直接入力させる構成の光ファイバ結合光学系である。【００１０】
図１３に、面発光レーザを用いた光送信モジュールの第２の従来例の構造を示す（例えば、特開２００１−２８１５０４号公報（特許文献２）を参照）。面発光レーザ１２４の発光領域１２５と対向する面を持つホルダ１２０の表面に形成された電極１２６に、バンプ１２７を用いて面発光レーザ１２４が実装されている。また、ホルダ１２０には、貫通穴１２１が形成されており、この貫通穴１２１に光ファイバ１２２が差し込まれている。光ファイバ１２２の差込深さは、光ファイバ１２２の被覆１２３が剥かれた長さによって決定される。このような光送信モジュールは、レンズを持たず、面発光レーザ１２４の出力光を光ファイバ１２２に直接入力させる構成の光ファイバ結合光学系である。レーザ光と光ファイバ１２２の相対的な位置精度は、面発光レーザ１２４とホルダ１２０の間の実装精度と貫通穴１２１の位置精度によって決定される。【００１１】
図１４に、面発光レーザを用いた光送信モジュールの第３の従来例の構造を示す（例えば、特開平９−１５４５９号公報（特許文献３），特開平６−２３７０１６号公報（特許文献４）参照）。面発光レーザ１３２の裏面には、光ファイバ１３０の挿入のためのガイド穴１３４が形成されている。光ファイバ１３０は、ガイド穴１３４に差し込まれ、透明樹脂１３５により固定されている。光ファイバ１３０の被覆１３１が剥かれていない部分は、支持体１３６により保持されている。面発光レーザ１３２の電極１３７は、配線基板１３９の表面の電気配線１３８に接着されている。このような光送信モジュールは、レンズを持たず、面発光レーザ１３２の出力光を光ファイバ１３０に直接入力させる光ファイバ結合光学系である。レーザ光と光ファイバの相対的な位置精度は、面発光レーザの発光領域１３３に対するガイド穴１３４の位置精度や光ファイバ１３０の位置精度によって決定される。【００１２】
なお、以上の説明では、「面発光レーザ」を「平面状受光素子」に、「発光領域」を「受光領域」に、「レーザドライバＩＣ」を「アンプＩＣ」にそれぞれ置き換えることによって、光受信モジュールにも当てはまる。【００１３】
次に、半導体レーザや受光素子等の光学素子と、平面導波路とを結合した光モジュールの従来例について説明する。【００１４】
図１５に、光学素子と平面導波路を結合した光モジュールの第４の従来例の構造を示す（例えば、特開平１１−３２６６６２号公報（特許文献５），特開２００１−３０５３６５号公報（特許文献６）参照）。平面導波路１４１が形成されている平面導波路基板１４０は、半田１４７によりセラミック基板１４６に接合されている。光学素子１４２は、半田１４７によって光学素子キャリア１４４に接合され、ボンディングワイヤ１４５によって光学素子キャリア１４４と電気的に接続されている。この光学素子キャリア１４４は、半田１４７によってセラミック基板１４６に接合されている。このような光モジュールは、光学素子キャリア１４４の外形に対する光学素子１４２の活性領域１４３の位置精度や、セラミック基板１４６に接合された平面導波路基板１４０と光学素子キャリア１４４との位置精度により、光学素子１４２の光軸と平面導波路１４１の光軸の相対的な位置精度が決定される。【００１５】
図１６に、光学素子と平面導波路を結合した光モジュールの第５の従来例の構造を示す（特許文献５参照）。平面導波路１５１が形成されている平面導波路基板１５０には、光路を９０度変換するミラー１５５が形成してある。光学素子１５２は、活性領域１５３が平面導波路基板１５０側になるように、バンプ１５４により平面導波路基板１５０に接合されている。このような光モジュールは、平面導波路１５１に対するミラー１５５の形状精度や、ミラー１５５に対する光学素子１５２の活性領域１５３の位置精度によって、光学素子１５２の光軸と平面導波路１５１の光軸の相対的な位置精度が決定される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
光ファイバと光学素子とを光学的に直接結合させる構成において、光結合効率は、特に光軸に垂直な面内における光ファイバと光学素子の相対的な位置ずれに大きく依存する。マルチモード光ファイバの場合にはこの位置ずれが５〜１０μｍ程度でもよいが、シングルモード光ファイバの場合には位置ずれが１μｍ程度しか許容されない。一方、光軸方向の相対的位置ずれについては両者ともに比較的許容されやすく、光学素子の活性領域、すなわち、面発光レーザの発光領域または平面状受光素子の受光領域と、光ファイバの先端との間の距離は、シングルモード光ファイバの場合には５０μｍ以内であればよく、望ましくは２０μｍ以内である。【００１７】
ここで、特にシングルモード光ファイバを用いる光送受信モジュールについて、光軸に垂直な面内における光ファイバと光学素子の相対的位置ずれについて考察する。【００１８】
前述した従来の面発光レーザを用いた光送信モジュールには、以下の問題点がある。第１〜３の従来例では、マルチモードやシングルモードといった光ファイバの種類は特定されておらず、光軸に垂直な面内における光ファイバと面発光レーザとの相対的な位置精度については具体的に言及されていない。これらの従来例では、基本的に、ホルダなどの光ファイバおよび面発光レーザを固定する構造体の作製精度および面発光レーザの実装精度によって相対的な位置精度が決定される。例えば、第２の従来例では、ホルダ１２０に形成された貫通穴１２１の寸法および位置の精度と、面発光レーザ１２４をホルダ１２０に実装する際の精度によって、レーザ光軸と光ファイバ１２２の間の相対的な位置精度が決まる。シングルモード光ファイバの実装時に要求される実装精度を満たすように貫通穴１２１の径を誤差１μｍで精緻に作ろうとすると、このホルダ１２０の製造コストは非常に高価になる。また貫通穴１２１の中心位置と面発光レーザ１２４の発光領域１２５の中心との相対的な位置精度を誤差１μｍ程度にするのは、困難である。しかし、第１〜３の従来例の構成において、これらの精度をマルチモード光ファイバ実装時に要求される実装精度である誤差１０μｍにすることはさほど困難ではなく実現可能である。このように現在の技術水準を鑑みると、第１〜３の従来例は、明確に記載されてはいないが、実質上マルチモード光ファイバを想定した構成であることは明らかであり、シングルモード光ファイバにおいて応用可能な構成は実質上示されていない。【００１９】
また、第３の従来例では、面発光レーザ１３２の裏面に光ファイバ１３０用のガイド穴１３４が形成されているが、このような構成では光ファイバ１３０の実装時に面発光レーザ１３２に応力がかかり、面発光レーザ１３２の信頼性が悪化する。さらに、このようなガイド穴１３４の形成は面発光レーザ１３２自体の歩留まりを低下させる要因となる。また、第１〜３の従来例では、光ファイバレセプタクルに対応したモジュール構成を開示していないことも明らかである。【００２０】
以上説明した問題点に加えて、第１〜３の従来例には、高周波特性に優れたモジュール構造について開示されていない。１０Ｇｂｐｓ以上の信号伝送レートでは、面発光レーザの駆動電気信号の波形劣化の問題が起こりやすく、レーザドライバＩＣから面発光レーザへの配線および実装構造を工夫する必要がある。第１の従来例では、レーザドライバＩＣ１０７を面発光レーザ１００に近接して配置し、ボンディングワイヤ１０８，１０９によってレーザドライバＩＣ１０７と面発光レーザ１００とを接続している。このような構成において、１０Ｇｂｐｓ程度以下の信号であれば、ボンディングワイヤ１０８，１０９の長さをおおむね０．５ｍｍ以下にすることによって信号波形劣化を抑制できる。しかし、実際にこのような近接配置構成を採用すると、レーザドライバＩＣ１０７から面発光レーザ１００へ熱干渉が生じるという問題が発生する。また、実際の光送信モジュールでは、複数（例えばＬ：左、Ｃ：中央、Ｒ：右）の受動素子を実装する場合が多いが、これらの実装の都合上、上述したように近接して配置することは難しい。したがって、レーザドライバＩＣ１０７と面発光レーザ１００の間の間隔が長くなるため、高周波特性に優れた特別な配線設計が必要である。しかしながら、高周波特性を向上させるための構成は、第１の従来例には開示されていない。また、第２，３の従来例においても、高周波特性に優れたモジュール構造については、特に明確な記載がない。【００２１】
なお、以上説明した問題点は、光受信モジュールにおいても同様に存在する。【００２２】
また、前記した従来の光学素子と平面導波路を結合した光モジュールには以下の問題点がある。第４の従来例では、光学素子１４２の光軸と平面導波路１４１の光軸の相対的な位置精度は、光学素子キャリア１４４の外形に対する光学素子１４２の活性領域１４３の位置精度と、セラミック基板１４６に接合された平面導波路基板１４０と光学素子キャリア１４４との位置精度により決定される。このため、光軸ずれが５〜１０μｍ程度になるように組み立てなければならない。このような精度を実現するには、光学素子キャリア１４４およびセラミック基板１４６は、機械的強度に優れ熱的変形も僅かなセラミックなどの材料によって構成する必要があり、さらに寸法精度も誤差１μｍ程度のものが必要になるため、製造コストが非常に高価になる。第５の従来例では、高価な平面導波路基板１５０にミラー１５５を形成する必要があり、かつ、光学素子１５２を実装する場所が必要となるため、１枚の基板材料から製作できる平面導波路基板１５０の数量が減り、さらに高価になってしまう。また、ミラー１５５で光路を変換するため、平面導波路１５１端面から光学素子１５２の活性領域１５３までの光路長を短くするのには限界があり、光結合効率が悪化してしまう。【００２３】
そこで、本発明は、上述したような課題を解決するためになされたものであり、光ファイバや平面導波路等の光導波路接続のための光結合構造と、面発光レーザや平面状受光素子などの光学素子を有する光モジュールにおいて、シングルモードの場合でも、レンズを必要とせずに、従来よりも安価に光結合効率を上げることができる光モジュールおよびその製造方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、構造が簡単で実装が容易な光モジュールおよびその製造方法を提供することを目的とする。
さらに、本発明は、高周波特性に優れた光モジュールおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
このような目的を達成するために、本発明に係る光モジュールは、少なくとも一方の面に電気配線が形成され、信号光通過部を有する配線基板と、電気配線が形成された面に活性領域が対向し、かつ、活性領域が信号光通過部に対向するように配線基板に実装された平面状の光学素子と、一端が光学素子と光学的に結合された光導波路とを備えたことを特徴とする。ここで、光学素子は、面発光レーザや平面状受光素子から構成される。光学素子の活性領域とは、面発光レーザの発光領域または平面状受光素子の受光領域を意味する。【００２５】
また、本発明は、少なくとも一方の面に電気配線が形成された配線基板と、電気配線が形成された面に活性領域が対向するように配線基板に実装されている平面状の光学素子と、光ファイバを保持しているフェルールとを有する光モジュールにおいて、配線基板の光学素子の活性領域と対向する位置に穴が形成されており、穴は、活性領域の中心軸を中心とする光ファイバの外径と同じ直径の円を含みかつこの円よりも広い範囲に亘って形成されており、光ファイバの先端部が、フェルールの端面から突出して穴内に挿入され、活性領域に近接して光学的に結合していることを特徴とする。【００２６】
この構成によると、配線基板の一方の面に光学素子が実装されており、配線基板の光学素子の活性領域に対向する位置には穴が形成されている。この穴のサイズは、光ファイバの断面のサイズよりも大きい。この穴に、フェルールから一定の長さだけ突出した光ファイバが差し込まれている。光ファイバの突出長さは、配線基板の厚さや、光学素子の活性領域の表面の配線基板からの実装高さや、フェルールの光ファイバが突出する側の端面と配線基板との実装間隔を考慮して決定される。フェルールと光学素子と配線基板とが互いに固定された後に、突出した光ファイバの先端部と活性領域が光学的に結合される。【００２７】
光ファイバの先端部と活性領域との間隔は１００μｍ以内が望ましい。穴としては、貫通穴が作成しやすいが、前記した間隔を満たすことができれば貫通していなくてもよく、配線基板の配線が光結合を阻害しなければよい。光学素子と光ファイバの先端部との間隔が１００μｍ以内になるように実装され、光ファイバの光軸に垂直な面内で光学素子の活性領域と光ファイバのコアとの相対的な位置決めが高精度にできれば、高い光結合効率が実現する。なお、前記した間隔は、特にシングルモード光ファイバを用いる場合において高い光結合効率を得るためには、望ましくは５０μｍ以内、さらに望ましくは２０μｍ以内がよい。しかし、この間隔は、光結合効率が所望の値を満たせば、コア径の大きいマルチモード光ファイバを用いる場合などでは１００μｍ以上であってもよい。一方、光ファイバ光軸に垂直な面内での光学素子の活性領域と光ファイバのコアとの相対的な位置精度は、本発明の構成によれば、光学素子が実装された配線基板とフェルールとの実装精度で決定される。このとき、配線基板のフェルールへの固定には、厚さ数十μｍを有する半田バンプに代えて、厚さ数μｍ程度の薄膜樹脂を用いることにより、実装精度の高度化を図ることができる。【００２８】
また、本発明は、少なくとも一方の面に電気配線が形成された配線基板と、電気配線が形成された面に活性領域が対向するように配線基板に実装されている平面状の光学素子と、光ファイバを保持しているフェルールとを有する光モジュールにおいて、配線基板の基材は、光学素子において発光または受光される波長の光に対する透光性を有しており、電気配線には、光学素子の活性領域と対向する位置に開口が形成されており、開口は、活性領域の中心軸を中心とする光ファイバのコアの外径と同じ直径の円を含みかつこの円よりも広い範囲に亘って形成されており、光ファイバの先端部と光学素子の活性領域とが光学的に結合していることを特徴とする。【００２９】
この構成によると、配線基板の一方の面に光学素子が実装されており、配線基板の光学素子の活性領域に対向する部分において、電気配線には光ファイバのコアの断面のサイズよりも大きい開口が形成されている。また、配線基板の電気配線を除く基材は、光学素子の発光または受光する波長の光に対しておおむね透光性を有しており、フェルール内部の光ファイバと光学素子は光学的に結合している。配線基板の裏面に電気配線がある場合には、この電気配線にも前記したのと同様に光ファイバのコアと対向する開口が形成される。この構成では、フェルールから光ファイバが突出していなくてもよい。フェルールと光学素子と配線基板が互いに固定された後に、光ファイバの先端部と光学素子の活性領域の間隔が、望ましくは１００μｍ以内となるように調整される。光学素子と光ファイバの先端部との間隔が１００μｍ以内になるように実装され、光ファイバの光軸に垂直な面内で光学素子の活性領域と光ファイバのコアとの相対的な位置決めが高精度にできれば、高い光結合効率が実現する。なお、前記した間隔は、特にシングルモード光ファイバを用いる場合において高い光結合効率を得るためには、望ましくは５０μｍ以内、さらに望ましくは２０μｍ以内がよい。しかし、この間隔は、光結合効率が所望の値を満たせば、コア径の大きいマルチモード光ファイバを用いる場合などでは１００μｍ以上であってもよい。この構成では、以上述べた間隔を実現するために、配線基板の厚さが薄く制限される。【００３０】
また、本発明は、少なくとも一方の面に電気配線が形成された配線基板と、電気配線が形成された面に活性領域が対向するように配線基板に実装されている平面状の光学素子と、平面導波路を形成した平面導波路基板とを有する光モジュールにおいて、配線基板の光学素子の活性領域と対向する位置に穴が形成されており、穴は、活性領域の中心軸を中心とする平面導波路のコアよりも広い範囲に亘って形成されており、平面導波路基板の平面導波路端部と光学素子の活性領域とが光学的に結合していることを特徴とする。【００３１】
配線基板は、ポリマなどのフレキシブルな誘電体を基材として形成されていてもよい。その場合、配線基板は光学素子が実装されている部分以外の個所で曲げられ、配線基板の一部の表面が光ファイバまたは平面導波路の光軸と実質的に平行になっていることが好ましい。特に、配線基板の末端部の表面が光ファイバまたは平面導波路の光軸と実質的に平行になっていることが好ましい。一般の光モジュールでは、光ファイバまたは平面導波路の光軸と光モジュールの末端における配線基板とが平行な構成が多く、このような構成となることが望まれる場合が多い。したがって、配線基板の基材としてフレキシブルな誘電体を用い、光学素子を実装した配線基板を途中で曲げて、光ファイバまたは平面導波路の光軸と光モジュールの末端における配線基板が平行な構成が実現できる。特に、ポリマを基材とするフレキシブルな配線基板は、携帯電話などの用途で広く使われており、非常に安価な基板であり、このような配線基板を用いることによって安価なモジュールを実現できるメリットもある。【００３２】
さらに、少なくとも配線基板の曲げられている個所では、電気配線のうち高周波信号を伝送する配線がコプレーナラインまたはマイクロストリップラインを構成していることが好ましい。コプレーナラインおよびマイクロストリップラインは、高周波を基板の誘電体内部に閉じ込めるのに適した線路であり、配線基板の曲げに伴う高周波放射を抑制して線路損失を抑えることができる。また、コプレーナラインおよびマイクロストリップラインは、配線幅等が適切に設計されれば高周波反射も抑えることができるので、高周波線路として適している。【００３３】
さらに望ましくは、コプレーナラインまたはマイクロストリップラインは、誘電体を挟んで他の電気配線と対向している。その場合、この電気配線は基板の裏面側に形成されており、これをグランド電位につないで高周波電磁界の基板誘電体内部への閉じこめを強化し、高周波放射をさらに抑制することができる。【００３４】
また、本発明は、光学素子と光学的に結合される光ファイバを保持しているフェルールにおいて、光ファイバが、フェルールの光学素子側の端面から２００μｍ以下の長さだけ突出していることを特徴とする。【００３５】
このフェルールは、前記した光モジュール以外の用途にも用いることができる。従来のフェルールとしては、光ファイバの突出長さが１ｍｍ程度以上でファイバスタブとして光モジュールのファイバ結合に用いられてきたものがある。これは、フェルールを固定し、さらに、突出した光ファイバの先端部を光結合する位置で固定するため、このように２個所で固定を行うためには、光ファイバのフレキシビリティが必要であり、光ファイバの突出長さが１ｍｍ程度以上必要であった。しかし、フェルールと光ファイバを一体の光学部品として用いる用途では、フレキシビリティがない方が望ましく、本発明のフェルールは光ファイバの突出長さが２００μｍ以下である。この場合、フェルールを固定すれば光ファイバの固定ができるため、光ファイバと光学素子の直接結合に用いやすい。【００３６】
本発明に係る光モジュールの製造方法は、少なくとも光導波路と平面状の光学素子とを有する光モジュールの光導波路の光学素子とは反対側の端部に、光学素子を透過する波長の観測光を照射する照射ステップと、光学素子を透過した観測光を用いて、光導波路の光軸に垂直な面内において光導波路と光学素子の相対位置を調整する調整ステップとを備えること特徴とする。
この方法によると、フェルールまたは平面導波路基板に照射された観測光は、光ファイバまたは平面導波路のコアにおける強度分布が最大になるように伝播し、光ファイバまたは平面導波路の光学素子に近い側の先端部から出た後に光学素子を透過する。光学素子の裏面からこの透過光を観察すると、光ファイバまたは平面導波路のコアは中心強度が最も大きい光のスポットパターンとして、光ファイバまたは平面導波路のクラッドはコアよりも強度が低い光パターンとして観測される。また、光学素子の活性領域は、電極パターン、例えばレーザ光出射のための円形の電極開口パターンとして観察することができる。これらのパターンを相対的に一致させれば、目的とする、光ファイバまたは平面導波路のコアと光学素子との間の相対的な実装位置の調整が実現できる。この方法は、例えばレーザを発光させてこれと結合させたシングルモード光ファイバから出てくる光量をモニタして実装する従来のアクティブアラインメントと実質的に同程度の実装精度、すなわち誤差１μｍ以下程度の実装精度が得られる。【００３７】
第１〜３の従来例の構成は、現在の技術水準を考慮すると、現実的な実装精度からマルチモード光ファイバを用いた光モジュールへの適用に制限されるが、本発明では、シングルモード光ファイバを用いた光モジュールでも満足できる高い実装精度が得られ、高い光結合効率が得られる。また、本発明の光モジュールは、フェルールを用いているため、光ファイバレセプタクルの構成に対応している。本発明におけるホルダ等の部品の加工はそれほど高精度である必要はなく、比較的厳密さが要求される精度はフェルールからの光ファイバの先端部の突出長さの精度だけであるが、これも誤差±１０μｍ程度で十分である。これは、光結合効率が、シングルモード光ファイバ結合の場合でもファイバ光軸方向の位置ずれに対して許容範囲が大きいためである。【００３８】
第４〜５の従来例の構成は、現在の技術水準を考慮すると、現実的な実装組立精度から平面状受光素子を用いた光受信モジュールへの適用に制限されるが、本発明では、面発光レーザを用いた光送信モジュールでも満足できる高い実装組立精度が得られ、高い光結合効率が得られる。【００３９】
また、本発明は、少なくとも光ファイバまたは平面導波路と平面状の光学素子とを有する光モジュールの製造方法において、光ファイバまたは平面導波路の光学素子と反対側の端部に、光学素子を透過する波長の観測光を照射し、光学素子を透過した観測光を用いて、光ファイバまたは平面導波路の光軸に垂直な面内において光ファイバまたは平面導波路と光学素子の相対位置を調整することを特徴とする。【００４０】
この方法の場合、光ファイバはフェルールに埋め込まれている必要はなく、ファイバケーブルであってもよい。この方法でも、従来のアクティブアラインメントと実質的に同程度の実装精度、すなわち誤差１μｍ程度以下の実装精度が得られ、しかも光学素子（レーザ）を発光させる必要がなく、簡易な構成で容易に高精度実装を実現できる。一方、光モジュールの高周波特性については、光学素子が配線基板に直接フリップチップ実装されているため、高周波特性に優れた配線設計を適用することができる。例えば、光学素子とＩＣとをつなぐ高周波信号線を、高周波損失が小さく反射が少ないマイクロストリップラインやコプレーナラインとすることができる。
【発明の効果】
【００４１】
本発明によれば、シングルモードの光ファイバを用いる構成であっても、高い光結合効率が容易に実現できる。また、本発明によれば、光学部品を実装するために用いられるホルダ等の部品について特に通常より高い加工精度を必要とすることはなく、部品点数も少ないため、製造コストを抑制することができる。また、本発明によれば、フェルールを用いているため、光ファイバレセプタクルの構成に対応している。さらに、本発明は、高周波特性についても優れた構造となっている。【００４２】
また、本発明によれば、平面導波路を用いる構成であっても、高い光結合効率が容易に実現できる。しかも、従来の光学素子と平面導波路を光学的に結合するために必要であった高精度で高価な光学素子キャリアやセラミック基板が不要となり、平面導波路基板に光学素子を実装する場所も不要となるため、製造コストを抑制することができる。さらに、高周波特性についても優れた構造になっている。【００４３】
また、本発明によれば、上述したような効果を有する光モジュールを製造する上で、本発明の製造方法を用いることによって、光学素子の活性領域と光ファイバや平面導波路との相対的な位置決めにおいて高い精度が得られる。【００４４】
さらに、光学素子を実装する配線基板をフレキシブルなものとすると、光ファイバや平面導波路等の光導波路の光軸と光モジュールの末端となる配線基板とを平行に保持することができ、光モジュールとして多くの用途に使いやすくなる。特に、ポリマを基材とするフレキシブルな配線基板は、携帯電話などの用途で広く使われている非常に安価な配線基板であり、このような基板を用いることによって安価なモジュールを実現することができる。配線基板中で曲げられる領域では、マイクロストリップライン構成やコプレーナライン構成などを用いて高周波特性の劣化を抑制できる。【００４５】
したがって、本発明によると、シングルモード光ファイバを用いる場合であってもマルチモード光ファイバを用いる場合であっても、レンズを持たない構成で光結合効率が高く、構造が簡単で実装が容易であり、光ファイバレセプタクル構成に対応でき、かつ高周波特性に優れた光モジュールが実現できる。【００４６】
また、本発明は、面発光レーザ等の発光素子を用いる光送信モジュールにも、平面状受光素子等の受光素子を用いる光受信モジュールにも適用でき、用いられる光の波長に関しても特に限定されない。このようにして、光送信モジュールと光受信モジュールとを本発明に基づく構成にして両者の基本構成を同一にすると、製造コストを低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】図１は、本発明による光モジュールの第１の実施例を示す断面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、第１の実施例の製造方法を示す説明図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、第１の実施例の製造方法を示す説明図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、第１の実施例の製造方法を示す説明図である。
【図２Ｄ】図２Ｄは、第１の実施例の製造方法を示す説明図である。
【図２Ｅ】図２Ｅは、第１の実施例の製造方法を示す説明図である。
【図３】図３は、第１の実施例の製造方法を示すフローチャートである。
【図４】図４は、本発明の第２の実施例を示す断面図である。
【図５】図５は、本発明の第３の実施例を示す断面図である。
【図６】図６は、本発明の第４の実施例を示す断面図である。
【図７】図７は、本発明の第５の実施例を示す断面図である。
【図８Ａ】図８Ａは、図４のＡ−Ａ線の断面図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、図４のＡ−Ａ線の断面図である。
【図８Ｃ】図８Ｃは、図４のＡ−Ａ線の断面図である。
【図９】図９は、本発明の第６の実施例を示す断面図である。
【図１０】図１０は、本発明の第７の実施例を示す断面図である。
【図１１】図１１は、本発明の第８の実施例を示す断面図である。
【図１２】図１２は、第１の従来例の構造を示す断面図である。
【図１３】図１３は、第２の従来例の構造を示す断面図である。
【図１４】図１４は、第３の従来例の構造を示す断面図である。
【図１５】図１５は、第４の従来例の構造を示す断面図である。
【図１６】図１６は、第５の従来例の構造を示す断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４８】
以下、図面を参照して、本発明の実施例について詳細に説明する。【００４９】
後述する第１〜６の実施例では、光導波路としてシングルモードの光ファイバを有し、１．３μｍ帯の面発光レーザを有する光送信モジュールについて説明する。また、後述する第７，８の実施例では、光導波路としてシングルモードの平面導波路を有し、１．３μｍ帯の面発光レーザを有する光送信モジュールについて説明する。また、第１〜８の実施例において、同等の構成には同じ名称および符号を付し、適宜説明を省略する。【００５０】
（第１の実施例）
図１は、本発明の第１の実施例の面発光レーザを有する光送信モジュールの光ファイバ結合構造を示す断面図である。この図は、フェルール１の中心にある光ファイバ２の光軸、すなわち光ファイバ２のコア３の中心軸を通る面で切断した断面を示している。【００５１】
この光送信モジュールでは、裏面電気配線７と誘電体基材８と表面電気配線９とから構成された厚さ１００μｍの配線基板１０に、光ファイバ２の直径（１２５μｍ）よりも大きい直径２００μｍの貫通穴１１が形成されている。ここで、裏面電気配線７は必ずしも必要ではない。また、平面状の光学素子である１．３μｍ帯の面発光レーザ１２は、配線基板１０上に、厚さ２０μｍ程度の半田バンプ１４を用いてフリップチップ実装されている。この面発光レーザ１２の発光領域（活性領域）１３は、貫通穴１１に対向している。一方、配線基板１０の裏面は、樹脂１５によって、金属や樹脂などから形成されたホルダ５に固定されている。ホルダ５には、配線基板１０の貫通穴１１と対向しこの貫通穴１１よりも大径の貫通穴５ａが設けられている。この貫通穴５ａ内にフェルール１は挿入されて、樹脂６によって固定されている。フェルール１の中心には、シングルモードの光ファイバ２が存在し、この光ファイバ２の先端部４がフェルール１の端面から１００μｍだけ突出している。フェルール１の端面とホルダ５の端面は同一面内に位置しており、光ファイバ２の先端部４のみが配線基板１０の貫通穴１１内に進入している。光ファイバ２の先端部４と面発光レーザ１２の発光領域１３の表面との間隔は、２０μｍ程度である。貫通穴１１の中心軸は、面発光レーザ１２の発光領域１３の中心軸とおおむね一致している。すなわち、貫通穴１１は、配線基板２に、光送信モジュールの完成状態において面発光レーザ１２の発光領域１３の中心軸を中心として光ファイバ２の外径と同じ直径の円を描いたとすると、その円を含みその円よりも広い範囲に亘って形成されている。光ファイバ２のコア３の中心軸は、面発光レーザ１２の発光領域１３の中心軸と±１μｍ以内の精度で一致するようになっている。【００５２】
図示しないが、フェルール１の後端部を、割りスリーブを介してレセプタクルホルダと結合させることができ、このレセプタクルホルダに他の光ファイバを含むフェルールを挿入することによって、他の光ファイバと結合させて伝送路を構成することができる。このようにして、一般的な光ファイバレセプタクル構造に対応することができる。【００５３】
はじめに、図２Ａに示すようにフェルール１を、ホルダ５の貫通穴５ａ内に樹脂６を用いて固定する（ステップＳ１）。このとき、光ファイバ２の先端部４が、フェルール１の端面から１００μｍだけ突出するようにするとともに、フェルール１の端面とホルダ５の端面が同一面内に位置するように固定する。一方、図２Ｂに示すように、貫通穴１１が形成された配線基板１０に１．３μｍ帯の面発光レーザ１２をバンプ１４を用いて実装する（ステップＳ２）。面発光レーザ１２を実装する際の配線基板１０面内における位置精度は、誤差数μｍ以内であれば十分である。【００５４】
次に、フェルール１を固定したホルダ５に、配線基板１０を樹脂１５を用いて固定する。このとき、光ファイバ２の先端部４の中心軸、すなわち光ファイバ２のコア３の中心軸と、面発光レーザ１２の発光領域１３の中心軸とを、面発光レーザ１２の発光領域１３の表面付近において、誤差±１μｍ以内の精度で一致するように実装する必要がある。そこで、図２Ｃに示すように、樹脂１５をホルダ５の表面に塗った後、フェルール１の先端部４とは反対側から、観察光として例えば赤外光１６を照射し、面発光レーザ１２の裏面側からその透過光のパターンを、顕微鏡に接続したＣＣＤカメラ１８で観察する（ステップＳ３）。面発光レーザ１２が搭載された配線基板１０は、実装ホルダ１７を用いて移動させる。赤外光１６は、面発光レーザ１２などを透過するのに十分な長波長であり、ＣＣＤカメラ１８に感度がある波長のものを用いる。これによって、図２ＤおよびＥに示すように、光ファイバ２の光軸に垂直な面内の画像として、ＣＣＤカメラ１８で観察された透過光パターンが得られる。図２Ｄは、実装位置が正しく調整されていない状態であり、図２Ｅは、実装位置が正しく調整された状態である。ＣＣＤカメラ１８の撮像画面では、光ファイバ２の端面全体が明るく見え、特に、コア３が光のスポットとして強く光って見える。また、面発光レーザ１２の電極１９は影として、レーザ出力のための電極開口２０は穴としてそれぞれ観察できる。これらを観察しながら光ファイバ２のコア３（直径１０μｍ）の中心と、面発光レーザ１２の電極開口２０（例えば直径８μｍ）の中心とが撮像画面内で一致するように、実装ホルダ１７によって配線基板１０を移動させる（ステップＳ４）。コア３の中心と電極開口２０の中心とが撮像画面内で一致したら、実装ホルダ１７を停止して配線基板１０をホルダ５に密着させ、樹脂１５を加熱硬化させる（ステップＳ５）。これにより、図１に示す構造の光送信モジュールが完成する。【００５５】
以上説明した実装工程の結果、面発光レーザ１２の発光領域１３の中心と、光ファイバ２のコア３の中心とは、誤差±１μｍ以内の精度で一致するため、高効率の光結合が実現する。本実施例では、光ファイバ結合損失を１ｄＢ程度に低減することが可能である。すなわち、従来行われていた、レーザを発光させてそのレーザと光結合される光ファイバとを３次元的に位置決めするアクティブアラインメントと同程度の光ファイバ結合損失が、本実施例によると、レーザを発光させることなく２次元的な（１つの平面内における）位置決めで簡単に実現できる。本発明に係る光モジュールの製造方法を採用することによって、簡単な実装装置を用いても高い生産性で光結合効率の高い光モジュールを製造することができる。【００５６】
なお、図２，３に示されている実装工程では、面発光レーザ１２を配線基板１０へ実装するステップＳ２の後に、フェルール１が固定されたホルダ５に配線基板１０を実装するためのステップＳ３〜Ｓ５を行っているが、これらの順番を変更してもよい。すなわち、フェルール１が固定されたホルダ５に配線基板１０を実装するためのステップＳ３〜Ｓ５の後に、面発光レーザ１２を配線基板１０に実装するステップＳ２を行うようにしてもよい。この場合、面発光レーザ１２と光ファイバ２のコア３との間の相対的な位置決めを、フェルール１に照射した観察光（赤外光１６など）を面発光レーザ１２の裏面側から光ファイバ２の光軸に垂直な面内で観察しながら行い、面発光レーザ１２を配線基板１０に固定することによって、高効率の光ファイバ結合が実現できる。【００５７】
（第２の実施例）
図４に本発明の第２の実施例を示す。本実施例の光送信モジュールは、配線基板１０を構成する誘電体基材８をポリマなどのフレキシブルな基材にすることによって、図示するように屈曲させることができる。すなわち、本実施例の光送信モジュールの配線基板１０は、第１の実施例に、曲げ部２１と、配線基板１０が光ファイバ光軸とほぼ平行になった基板領域２２とが付加されている。このような構造に採ることによって、光ファイバ２の光軸と、光送信モジュールの末端に設けられる接続用の配線とをほぼ平行にすることができる。これにより、本実施例の光送信モジュールは、この光通信モジュールを搭載する回路基板（図示せず）との接続が容易になる。光ファイバ２の光軸と回路基板とが平行な装置構成は、従来から広く用いられており、図４に示す本実施例の構造はこのような装置に適用しやすい。なお、曲げ部２１は、例えば一定の曲率半径で緩やかに曲げるようにしてもよい。このような構成は、折れ曲がり部が存在する構成に比べると曲げによる配線の断裂が起こりにくくいので好ましい。なお、その他の構成については第１の実施例と同様であるため説明を省略する。【００５８】
（第３の実施例）
図５に本発明の第３の実施例を示す。本実施例は、図４に示す第２の実施例の配線基板１０の基板領域２２に、面発光レーザ１２を駆動するドライバＩＣ２３が、バンプ２４を用いて搭載された構成を有する。なお、その他の構成については第１，２の実施例と同様であるため説明を省略する。【００５９】
（第４の実施例）
図６に本発明の第４の実施例を示す。本実施例では、図４に示す第２の実施例の配線基板１０のホルダ５に固定されている部分に、面発光レーザ１２を駆動するドライバＩＣ２３を、バンプ２４を用いて搭載した構成を有する。なお、その他の構成については第１〜３の実施例と同様であるため説明を省略する。【００６０】
（第５の実施例）
図７に本発明の第５の実施例を示す。本実施例では、図６に示す第４の実施例と同様に、配線基板１０のホルダ５に固定されている部分に、面発光レーザ１２を駆動するドライバＩＣ２３がバンプ２４を用いて搭載されている。また、配線基板１０は、複数の曲げ部２１を経て、光送信モジュールの末端となる基板領域２２に至る構成を有する。この構成では、末端の基板領域２２と、光ファイバ２の光軸とが平行であり、かつ、高さが一致している。なお、その他の構成については第１〜４の実施例と同様であるため説明を省略する。【００６１】
図４〜７を参照して説明した第２〜５の実施例のようにフレキシブルな配線基板１０が設けられている光モジュールによると、簡単な構成で光結合効率が高いという効果のみならず、様々な装置構成に容易に対応できるという効果が得られる。ただし、このようなフレキシブルな配線基板１０では、曲げ部２１における配線基板１０の表面電気配線９が、特に高周波信号の通る場合には、曲げに伴う高周波放射損失や反射の少ない配線とする必要がある。図８Ａ〜図８Ｃに、本発明に係る配線基板１０の曲げ部２１における断面構造を例示している。これらの断面図は、図４のＡ−Ａ’の位置で切断したものを示している。【００６２】
図８Ａに示す例では、高周波信号線として、誘電体基材８を挟んで対向する表面信号配線３０と裏面グランド線３１とからなるマイクロストリップラインが構成されている。高周波電磁界の大部分は誘電体基材８の内部に閉じ込められるので、曲げによる高周波放射損失が抑制される。電源線３２や低周波信号配線３３に関しては、表面信号配線３０や裏面グランド線３１のような構成にする必要はない。なお、この例では、表面信号配線３０と電源線３２と低周波信号配線３３が図１〜７に示す表面電気配線９を構成し、裏面グランド線３１が裏面電気配線７を構成する。【００６３】
図８Ｂに示す例では、高周波信号線として、誘電体基材８の表面側に信号配線３４とこれを挟む２つのグランド線３５とが配置され、これらによってコプレーナラインが構成されている。高周波電磁界の大部分は誘電体基材８の内部に閉じ込められるので、曲げによる高周波放射損失が抑制される。電源線３２や低周波信号配線３３に関しては、このような構成にする必要はない。なお、この例では、信号配線３４とグランド線３５と電源線３２と低周波信号配線３３が図１〜７に示す表面電気配線９を構成し、裏面電気配線７は存在しない。【００６４】
図８Ｃに示す例では、高周波信号線として、図８Ｂに示す信号配線３４およびグランド線３５からなるコプレーナラインに対向するように、誘電基材８の裏面側に裏面グランド線３６が配置されることによりコプレーナラインが構成されている。高周波電磁界の大部分は誘電体基材８の内部に閉じ込められるので、曲げによる高周波放射損失が抑制される。電源線３２や低周波信号配線３３に関しては、このような構成にする必要はない。なお、この例では、信号配線３４、グランド線３５、電源線３２および低周波信号配線３３が図１〜７に示す表面電気配線９を構成し、裏面グランド線３６が裏面電気配線７を構成する。図８Ａおよび図８Ｃに示す構成の高周波信号線は、誘電基材８の表面側に形成された配線に、誘電体基材８の裏面側に形成された裏面グランド電極３１，３６が対向する構成を有するので、特に高周波電磁界の誘電体基材８の内部への閉じ込めが強く、曲げに対する高周波放射損失抑制に大きな効果がある。【００６５】
以上、高周波放射損失を抑制するための構成について図８Ａ〜図８Ｃを参照して説明したが、マイクロストリップラインおよびコプレーナラインは、もともと平坦な配線構造において低損失および低反射の高周波線路として設計されるものであり、この設計を応用することによって、曲げによる高周波損失および反射の少ない配線構造とすることができる。【００６６】
（第６の実施例）
図９に本発明の第６の実施例を示す。本実施例では、光ファイバ２の先端部は、フェルール１の端面およびホルダ５の端面と同一面に位置している。配線基板４０（厚さ４０μｍ）は、裏面電気配線３７と誘電体基材３８と表面電気配線３９から構成されており、誘電体基材３８はレーザ光に対して透光性を有している。裏面電気配線３７は必ずしも必要ではない。裏面電気配線３７および表面電気配線３９は、それぞれ光ファイバ２の直径（１２５μｍ）よりも大きい直径２００μｍの開口４１，４２が形成されている。１．３μｍ帯の面発光レーザ１２は、配線基板４０上に、厚さ２０μｍ程度の半田バンプ１４を用いてフリップチップ実装されている。面発光レーザ１２の発光領域１３は、配線基板４０に対向している。配線基板４０の裏面は、ホルダ５に樹脂１５によって固定されている。光ファイバ２の先端部４と、面発光レーザ１２の発光領域１３の表面との間隔は、６０μｍ程度である。開口４１，４２の中心軸は、面発光レーザ１２の発光領域１３の中心軸とおおむね一致している。すなわち、開口４１，４２は、配線基板２に、光送信モジュールの完成状態において面発光レーザ１２の発光領域１３の中心軸を中心として光ファイバ２の外径と同じ直径の円を描いたとすると、この円を含みかつこの円よりも広い範囲に亘って形成されている。面発光レーザ１２の発光領域１３の中心軸と光ファイバ２のコア３の中心軸とは、±１μｍ以内の精度で一致するように実装されている。【００６７】
なお、上述したように電気配線３７，３９には開口４１，４２が形成されているが、電気配線３７，３９が微細な配線パターンであって光ファイバに対向する領域を避けてパターン形成されている構成も、本実施例の開口に含まれる。また、この開口４１，４２は、必ずしも光ファイバ２の直径よりも大きい直径を有する必要はなく、光ファイバ２のコア３の直径よりも大きい直径を有する構成であれば構わない。【００６８】
このように第１〜第６の実施例によれば、シングルモードの光ファイバを用いる構成であっても、高い光結合効率が容易に実現できる。また、光学部品を実装するために用いられるホルダ等の部品について特に通常より高い加工精度を必要とすることはなく、部品点数も少ないため、製造コストを抑制することができる。また、フェルールを用いているため、光ファイバレセプタクルの構成に対応している。さらに、高周波特性についても優れた構造となっている。【００６９】
したがって、第１〜６の実施例によると、シングルモード光ファイバを用いる場合であってもマルチモード光ファイバを用いる場合であっても、レンズを持たない構成で光結合効率が高く、構造が簡単で実装が容易であり、光ファイバレセプタクル構成に対応でき、かつ高周波特性に優れた光モジュールが実現できる。【００７０】
（第７の実施例）
図１０は、本発明の第７の実施例を示し、平面導波路結合構造と面発光レーザ１２を有する光送信モジュールの断面図である。本実施例では、誘電体基材８と表面電気配線９とから構成された厚さ４０μｍの配線基板１０に、光導波路のコア５２よりも大きい直径８０μｍの貫通穴１１が形成されている。平面状の光学素子である１．３μｍ帯の面発光レーザ１２は、配線基板１０上に、厚さ２０μｍ程度の半田バンプ１４を用いてフリップチップ実装されている。この面発光レーザ１２の発光領域（活性領域）１３は、貫通穴１１に対向している。配線基板１０の裏面は、平面導波路基板５０に樹脂１５によって固定されている。貫通穴１１の中心軸は、面発光レーザ１２の発光領域１３の中心軸とおおむね一致している。平面導波路５１のコア５２の中心軸は、面発光レーザ１２の発光領域１３の中心軸と±１μｍ以内の精度で一致するようになっている。本実施例では、配線基板１０を構成する誘電体基材８をポリマなどのフレキシブルな基材とすることによって、図示するように屈曲させ、基板５３に平面導波路基板５０と配線基板１０の基板領域を樹脂５４により固定し、基板領域２２に面発光レーザ１２を駆動するドライバＩＣ２３をバンプ２４を用いて搭載した構成を有する。【００７１】
（第８の実施例）
図１１は、本発明の第８の実施例を示し、第７の実施例とは異なる平面導波路結合構造と面発光レーザ１２を有する光送信モジュールの断面図である。配線基板４０（厚さ４０μｍ）は、誘電体基材３８と表面電気配線３９から構成されており、誘電体基材３８はレーザ光に対する透光性を有している。表面電気配線３９には、光導波路のコア５２よりも大きい直径１００μｍの開口４２が形成されている。１．３μｍ帯の面発光レーザ１２は、配線基板４０上に、厚さ２０μｍ程度の半田バンプ１４を用いてフリップチップ実装されている。この面発光レーザ１２の発光領域１３は、配線基板４０に対向している。配線基板４０の裏面は、平面導波路基板５０に樹脂１５によって固定されている。開口４２の中心軸は、面発光レーザ１２の発光領域１３の中心軸とおおむね一致している。面発光レーザ１２の発光領域１３の中心軸と、平面導波路５１のコア５２の中心軸とは、±１μｍ以内の精度で一致するようになっている。なお、その他の構成については第７の実施例と同様であるため説明を省略する。【００７２】
図１０，１１に示す平面導波路を含む光モジュールの製造方法の主要部は、図３のフローチャートに示す光ファイバを含む光モジュールの製造方法と実質的に同一である。簡単に説明すると、予め平面導波路基板５０に平面導波路５１を形成しておく。次に、貫通穴１１，４２が形成された配線基板１０，４０に面発光レーザ１２をバンプ１４を用いて実装し、平面導波路基板５０に、配線基板１０，４０を樹脂１５を用いて固定する。このとき、樹脂１５を平面導波路基板５０の表面に塗った後、平面導波路基板５０に樹脂塗布面の反対側から観察光として例えば赤外光を照射し、面発光レーザ１２の裏面側からその透過光のパターンを、顕微鏡に接続したＣＣＤカメラで観察して、平面導波路５１の中心軸、すなわち平面導波路５１のコア５２の中心軸と、面発光レーザ１２の発光領域１３の中心軸とを、面発光レーザ１２の発光領域１３の表面付近において誤差±１μｍ以内の精度で一致するように配線基板１０，４０を実装する。詳細には、平面導波路５１のコア５２の中心と、面発光レーザ１２の電極開口の中心とを撮像画面内で一致させた状態で、配線基板１０，４０を平面導波路基板５０に密着させ、樹脂１５を加熱硬化させる。この後、配線基板１０，４０に、ドライバＩＣ２３をバンプ２４を介して取り付けるとともに、配線基板１０，４０および平面導波路基板５０を、樹脂５４によって基板５３に固定する。これにより、図１０，１１に示すような構造の光モジュールが完成する。なお、配線基板１０，４０を平面導波路基板５０に接着する前に、配線基板１０，４０にドライバＩＣ２３をバンプ２４を介して取り付けるようにしてもよい。【００７３】
このように第７，８の実施例によれば、平面導波路を用いる構成であっても、高い光結合効率が容易に実現できる。しかも、従来の光学素子と平面導波路を光学的に結合するために必要であった高精度で高価な光学素子キャリアやセラミック基板が不要となり、平面導波路基板に光学素子を実装する場所も不要となるため、製造コストを抑制することができる。さらに、高周波特性についても優れた構造になっている。【００７４】
以上説明した第１〜８の実施例において用いられる光ファイバ２または平面導波路５１はシングルモード光ファイバまたはシングルモード平面導波路であったが、本発明はこのような構成に限られず、マルチモード光ファイバまたはマルチモード平面導波路を用いる構成であってもよい。この場合、光ファイバ２または平面導波路５１と面発光レーザ１２との光軸に垂直な面内での相対位置精度は誤差１０μｍ程度でもよいので、より簡単に実装することが可能となる。また、面発光レーザ１２の波長帯も限定されず、様々な波長帯のレーザ光を出力する面発光レーザを用いることができる。さらに、面発光レーザの代わりに平面状受光素子を備え、レーザドライバＩＣの代わりにアンプＩＣを有する光受信モジュールにおいても、上述した第１〜８の実施例と実質的に同様な構成にすることによって、実質的に同様な作用効果を奏することができる。すなわち、本発明は光送信モジュールのみに限定されるのではなく、光受信モジュールを含む光モジュール全般を対象とするものである。【００７５】
また、第１〜８の実施例によれば、上述したような効果を有する光モジュールを製造する上で、光学素子の活性領域と光ファイバや平面導波路との相対的な位置決めにおいて高い精度が得られる。【００７６】
さらに、光学素子を実装する配線基板をフレキシブルなものとすると、光ファイバや平面導波路等の光導波路の光軸と光モジュールの末端となる配線基板とを平行に保持することができ、光モジュールとして多くの用途に使いやすくなる。特に、ポリマを基材とするフレキシブルな配線基板は、携帯電話などの用途で広く使われている非常に安価な配線基板であり、このような基板を用いることによって安価なモジュールを実現することができる。配線基板中で曲げられる領域では、マイクロストリップライン構成やコプレーナライン構成などを用いて高周波特性の劣化を抑制できる。【００７７】
また、第１〜第８の実施例によれば、面発光レーザ等の発光素子を用いる光送信モジュールにも、平面状受光素子等の受光素子を用いる光受信モジュールにも適用でき、用いられる光の波長に関しても特に限定されない。このようにして、光送信モジュールと光受信モジュールとを本発明に基づく構成にして両者の基本構成を同一にすると、製造コストを低減することが可能となる。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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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８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【手続補正書】
【提出日】平成17年10月14日(2005.10.14)
【手続補正００１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】特許請求の範囲
【請求項１】信号光を導波する光導波路と光学素子とを備え、前記光導波路のコアと前記光学素子の活性領域とが光学的に結合する光モジュールの製造方法において、
前記光学素子を透過する波長の観測光を前記光導波路側から前記光学素子側に照射するステップと、
前記光学素子を透過した観測光を用いて前記光導波路の光軸に垂直な面内で前記光導波路と前記光学素子との相対位置を調整するステップと
を備えることを持徴とする光モジュールの製造方法。
【請求項２】請求項１に記載の光モジュールの製造方法において、
前記調整するステップにおいて、前記観察光の照射によって得られる前記光導波路からのスポット光と前記光学素子に設けられた電極の開口とによって前記相対位置を調整することを特徴とする光モジュールの製造方法。
【請求項３】請求項２に記載の光モジュールの製造方法において、
前記観察光は、赤外光であることを特徴とする光モジュールの製造方法。
【請求項４】請求項１に記載の光モジュールの製造方法において、
前記光学素子は、電気配線が形成された配線基板上に実装され、
前記光導波路は、前記配線基板における前記光学素子が実装された面と反対の面に配置されていることを特徴とする光モジュールの製造方法。
【請求項５】請求項１に記載の光モジュールの製造方法において、
前記光導波路は、光ファイバであり、
前記光ファイバは、フェルールで保持されていることを特徴とする光モジュールの製造方法。
【請求項６】請求項１に記載の光モジュールの製造方法において、
前記光導波路は、平面光導波路であることを特徴とする光モジュールの製造方法。
【請求項７】請求項４に記載の光モジュールの製造方法において、
前記配線基板は、貫通穴を備え、
前記光導波路は、光ファイバであり、
前記光ファイバの一端が前記貫通穴を突き抜けていることを特徴とする光モジュールの製造方法。
【請求項８】請求項４に記載の光モジュールの製造方法において、
前記配線基板は、前記光導波路の信号光に対して透光性を有する基材を備えることを特徴とする光モジュールの製造方法。
【請求項９】請求項５記載の光モジュールの製造方法において、
前記配線基板は、前記光ファイバの外径より大きな貫通穴を備え、
前記光ファイバは、前記フェルールの端部から突出して前記貫通穴に挿し込まれ、
前記貫通穴に挿し込まれた前記光ファイバの先端面は、前記光学素子の活性領域と間隔１００μｍ以下で対向して配置されていることを特徴とする光モジュールの製造方法。
【請求項１０】請求項９記載の光モジュールの製造方法において、
前記光ファイバは、シングルモード光ファイバであり、
前記貫通穴に挿し込まれた前記光ファイバの先端面は、前記光学素子の活性領域と間隔５０μｍ以下で対向していることを特徴とする光モジュールの製造方法。
【請求項１１】請求項４に記載の光モジュールの製造方法において、
前記配線基板は、誘電体で構成されたフレキシブル基板であり、前記光学素子が実装された部分以外の部分で曲げられ、前記配線基板の一部の表面が前記光導波路の光軸と実質的に平行となっていることを特徴とする光モジュールの製造方法。
【請求項１２】請求項４記載の光モジュールの製造方法において、
前記配線基板は、誘電体で構成されたフレキシブル基板であり、前記配線基板の曲げを行う領域における前記配線基板の表面に形成された高周波信号が伝送する配線がコプレーナライン及びマイクロストリップラインのいずれかであることを特徴とする光モジュールの製造方法。
【請求項１３】信号光を導波する光導波路と、面発光レーザ及び面型受光素子のいずれかからなる光学素子とを備え、前記光導波路のコアと前記光学素子の活性領域とが光学的に結合する光モジュールにおいて、
前記光学素子を透過する波長の観測光を前記光導波路側から前記光学素子側に照射し、前記光学素子を透過した観測光を用いて前記光導波路の光軸に垂直な面内で前記光導波路と前記光学素子との相対位置を調整して形成されることを特徴とする光モジュール。
【請求項１４】面発光レーザ及び面型受光素子のいずれかからなる光学素子と、前記光学素子を実裝する配線基板と、前記光学素子の活性領域と光学的に結合する光導波路とを備え、前記光導波路の光軸に沿って前記光導波路、前記配線基板、前記光学素子の順に配置された光モジュールにおいて、
前記光学素子における前記活性領域に近い側の面と前記配線基板の表面とが近接して配置され、
前記光導波路、前記配線基板、前記光学素子の活性領域及び裏面は、前記光導波路と前記光学素子との相対位置を調整するための観察光を透過する材料で構成され、
前記配線基板は、前記観察光が通過する開口電極を備えることを特徴とする光モジュール。
【請求項１５】面発光レーザ及び面型受光素子のいずれかからなる光学素子と、前記光学素子を実装する配線基板と、前記光学素子の活性領域と光学的に結合する光導波路とを備え、前記光導波路の光軸に沿って前記光導波路、前記配線基板、前記光学素子の順に配置された光モジュールにおいて、
前記光学素子における前記活性領域に近い側の面と前記配線基板の表面とが近接して配置され、
前記光導波路、前記光学素子の活性領域及び裏面は、前記光導波路と前記光学素子との相対位置を調整するための観察光を透過する材料で構成され、
前記配線基板は、前記観察光が通過する貫通穴を備えることを特徴とする光モジュール。
【請求項１６】請求項１５記載の光モジュールにおいて、
前記光導波路は、光ファイバであり、
前記光ファイバは、フェルール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１７】請求項１６記載の光モジュールにおいて、
前記光ファイバは、前記フェルールの端部から突出して前記貫通穴に挿し込まれ、
前記貫通穴に挿し込まれた前記光ファイバの先端面は、前記光学素子の活性領域と間隔１００μｍ以下で対向していることを特徴とする光モジュール。
【請求項１８】請求項１７記載の光モジュールにおいて、
前記光ファイバは、シングルモード光ファイバであり、
前記貫通穴に挿し込まれた光ファイバの先端面は、光素子の活性領域と間隔５０μｍ以下で対向していることを特徴とする光モジュール。
【請求項１９】請求項１５記載の光モジュールにおいて、
前記光導波路は、平面光導波路であることを特徴とする光モジュール。
【請求項２０】請求項１４又は１５記載の光モジュールにおいて、
前記配線基板は、フレキシブルな誘電体からなるフレキシブル基板であり、前記光学素子が実装された部分以外の部分で曲げられ、前記配線基板の一部の表面が前記光導波路の光軸と実質的に平行となっていることを特徴とする光モジュール。
【請求項２１】請求項２０記載の光モジュールにおいて、
前記配線基板の曲げを行う領域で前記配線基板の表面に形成された電気配線のうち高周波信号を伝送する配線が、コプレーナライン及びマイクロストリップラインのいずれか、又は、前記配線基板の裏面配線と対向して高周波電磁界を基板内部に閉じ込めるコプレーナライン及びマイクロストリップラインのいずれかであることを特徴とする光モジュール。
【国際調査報告】
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