JP2006154535A - 光モジュール - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 光モジュール100は,90度をなす方向にV溝110a,110bがエッチング形成された基板110と,基板上に配置され,波長に応じて光を透過または90度反射するキューブ型の波長分波器150と,シリコンからなるレンズ素子140a,140bと,光を発光し,レンズ素子および波長分波器を介して外部への出射光とするための発光素子120と,外部からの入射光を,波長分波器およびレンズ素子を介して受光する受光素子130と,を備えたことを特徴とする。小型化の構成要素を採用するとともに,同一基板上に一括して実装できるため,量産性を格段に向上させることができ,モジュール価格の低減が可能である。
【選択図】 図1
Description
本発明の第1の実施形態について説明する。図1,図2は,本実施形態にかかる光モジュールの概略構成を示す説明図であり,図1は斜視図,図2は平面図である。
Diode,以下,PDという)130と,レンズ素子140a,140bと,波長分波器150を実装して構成されている。以下,各構成要素について詳細に説明する。
基板110には,例えばプラットフォームとして加工技術の成熟してあるシリコン基板を採用することができる。基板110の上面には,図1,図2に示したように,横断面形状がV字形状であるV溝110a,110bが形成されている。また,基板110の上面には,後述のLD120,PD130,レンズ素子140a,140b,および波長分波器150が実装されている。なお,図1に示した一例では,このほかにも,横断面形状が凹字である凹溝110c,素子などが何も配置されていない面110d,後述の波長分波器150を配置するための段差110e,電極パッド112等が形成されているが,これら部分の形状や用途等は任意に設計変更可能である。
V溝110a,110bは,基板110をエッチングすることにより形成され,シリコンの(111)面群を斜面に持つような構成で精密に作製されている。V溝110aはLD120側に形成され,V溝110bはPD130側に形成されている。V溝110aの延在する方向とV溝110bの延在する方向とは,90度をなすように形成されている。V溝110a,110bの断面形状等については,さらに後述する。
波長分波器150は,図1,図2に示したように,基板110の凹部に配置されている。本実施形態では,波長分波器150として,キューブ型の誘電体フィルタを採用する。波長分波器150は,波長に応じて,光を透過または90度反射する。本実施形態では,波長分波器150は,LD120から発光する光(例えば,波長1.3μmの光)を透過し,外部から入射される光(例えば,波長1.55μmの光)を90度反射してPD130に入射する。
本実施形態では,レンズ素子140a,140bとしてシリコン製マイクロレンズを採用している。レンズ素子140a,140bは,図3に示したように,一方の面にレンズ部142が形成されている。このレンズ部142には,例えば110μmの直径を有する回折光学素子が形成されている。レンズ部142に回折光学素子を用いることにより,レンズ素子140a,140bはマスクパターンの変更で,光を任意の方向へ容易に曲げることができる。
LD120は,光を出射する発光素子であり,図1,図2に示したように,厚み約150μmの略直方体形状からなる。LD120は,V溝110aの端部近傍に配置されており,光を発光し,発光素子側レンズ素子140aおよび波長分波器150を介して外部への出射光とする。
PD130は,光を端面から入射する受光素子であり,図1,図2に示したように,約150μmの略直方体形状からなる。PD130は,V溝110bの端部近傍に配置されており,外部からの入射光を,波長分波器150および受光素子側レンズ素子140bを介して受光する。
次いで,光モジュール100の製造方法について,図6を参照しながら説明する。
基板110をエッチングして,レンズ素子140a,140bを実装するためのV溝110a,110bを形成する(ステップS11)。V溝110a,110bは,シリコンの(111)面群を斜面に持つような構成で精密に形成される。従って,溝部110aの横断面形状は,図4に示したように,54.7°の角度を有する。この際,必要に応じて,凹溝110c,段差110eも同時にエッチング形成する。
次いで,LD120とレンズ素子140aとの位置関係を算出するとともに,PD130とレンズ素子140bとの位置関係を算出する(ステップS12)。レンズ素子140a,140bは基板110の溝部110aに実装されることから,レンズ素子140a,140bの位置は,溝部110aの形状とレンズ素子140a,140bの形状とに基づいて正確に算出することができる。
次いで,LD120とレンズ素子140aとの位置関係の算出結果に応じて,光軸を調整したレンズ素子140aを設計するとともに,PD130とレンズ素子140bとの位置関係の算出結果に応じて,光軸を調整したレンズ素子140bを設計する(ステップS13)。
次いで,波長分波器150,光軸が調整されたレンズ素子140a,140b,LD120,PD130を基板110上に実装する(ステップS14)。本実施形態では,例えば自動実装器により実装することができ,精密に作製された基板110上に各構成要素を単に実装するだけで,高精度な実装が可能であることを特徴とする。
以上説明したように,本実施形態によれば,単一の基板110上に異なる波長を用いる2つの光学素子(LD120,PD120)を実装するにあたり,基板110にエッチングで形成した位置合わせ用の溝構造110a,110bを設け,この溝構造110a,110bにシリコン製マイクロレンズからなるレンズ素子140a,140bを配置した。また,波長分波器150として,キューブ型の誘電体フィルタを採用した。このようにして,光モジュールの小型化を図ることができる。
本発明の第2の実施形態について説明する。本実施形態では,上記第1の実施形態との相違点について説明する。
次いで,光モジュール200の製造方法について,図11を参照しながら説明する。
基板110をエッチングして,レンズ素子140a,240bを実装するためのV溝110a,110bを形成する(ステップS21)。V溝110a,110bは,シリコンの(111)面群を斜面に持つような構成で精密に形成される。従って,溝部110aの横断面形状は,図4に示したように,54.7°の角度を有する。この際,必要に応じて,凹溝110c,段差110eも同時にエッチング形成する。
次いで,LD120とレンズ素子140aとの位置関係を算出するとともに,PD230とレンズ素子240bとの位置関係を算出する(ステップS22)。レンズ素子140a,240bは基板110の溝部110aに実装されることから,レンズ素子140a,240bの位置は,溝部110aの形状とレンズ素子140a,240bの形状とに基づいて正確に算出することができる。
次いで,LD120とレンズ素子140aとの位置関係の算出結果に応じて,光軸を調整したレンズ素子140aを設計するとともに,PD230とレンズ素子240bとの位置関係の算出結果に応じて,光軸を調整したレンズ素子240bを設計する(ステップS23)。すなわち,図8に示したように,波長分波器150からの光がレンズ素子240bを介し,さらに溝部110bの端部115で反射してPD230の受光面232に入射するように,レンズ素子240bの光軸を調整する。
次いで,波長分波器150,光軸が調整されたレンズ素子140a,240b,LD120,PD230を基板110上に実装する(ステップS24)。本実施形態では,例えば自動実装器により実装することができ,精密に作製された基板110上に各構成要素を単に実装するだけで,高精度な実装が可能であることを特徴とする。
第1の実施形態と同様に,同一基板110上にLD120,PD230,レンズ素子140a,140b,波長分波器150とを一括して自動実装器にて実装できるため,光学アライメントの時間が不要となり,モジュール価格の低減ができるうえ,量産性が格段に向上する。さらに,第1の実施形態で用いた端面入射型のPD130と比較して面入射型のPD230の方が価格が安いため,より一層の価格の低減となる。
本発明の第3の実施形態について説明する。本実施形態では,上記第2の実施形態との相違点について説明する。
上記第2の実施形態の効果に加え,以下の効果が得られる。すなわち,LD120とPD230が同一基板110上に実装されたときに危惧される電気のクロストークについても,PD230の下にガラス基板360をはさむことで改善される。
本発明の第4の実施形態について説明する。本実施形態では,上記第3の実施形態との相違点について説明する。
上記第3の実施形態の効果に加え,以下の効果が得られる。すなわち,目的の波長以外の光,例えばLD120からの出射光(例えば,波長1.3μm)あるいは外部ネットワークからの別の波長の光(例えば,波長1.55μm)による光のクロストークの問題についても,PD230の下にバンドパスフィルタ付きガラス基板460をはさむことで改善される。
本発明の第5の実施形態について説明する。本実施形態では,上記第4の実施形態との相違点について説明する。
以上説明したように,本実施形態によれば,第4の実施形態と同様に電気のクロストークおよび光のクロストークの問題が改善される。第4の実施形態で用いたバンドパスフィルタは歩留に難点があるため,量産時に歩留の問題でハイパスフィルタ,ローパスフィルタと2枚に分けるよりも高くなる可能性がある。この点,本実施形態のようにハイパスフィルタとローパスフィルタに分けることでフィルタの歩留が高くなり,部材の実装コストが新たにかからないため,フィルタ価格が低減できる。
本発明の第6の実施形態について説明する。本実施形態では,上記第4の実施形態との相違点について説明する。
以上説明したように,本実施形態によれば,第4の実施形態と同様に電気のクロストークおよび光のクロストークの問題が改善される。第4の実施形態で用いたバンドパスフィルタは歩留に難点があるため,量産時に歩留の問題でハイパスフィルタ,ローパスフィルタと2枚に分けるよりも高くなる可能性がある。この点,本実施形態のようにハイパスフィルタとローパスフィルタに分けることでフィルタの歩留が高くなり,部材の実装コストが新たにかからないため,フィルタ価格が低減できる。
本発明の第7の実施形態について説明する。本実施形態では,上記第2の実施形態との相違点について説明する。
以上説明したように,本実施形態によれば,第1〜第6の実施形態の効果に加え,以下の効果が得られる。すなわち,第1〜第6の実施形態に記載のモジュールは,パッケージ実装時にファイバとレンズを最終的にアライメントする必要があったが,本実施形態では,ファイバのみのアライメントで光学調整が可能となるため,より一層のコストダウンが図れる。また,レンズ素子740cの裏面や,波長分波器750の側面に波長カットフィルタをつけることが可能なため,光のクロストークの問題も第4〜第6の実施形態のように改善される。
本発明の第8の実施形態について説明する。本実施形態では,上記第7の実施形態との相違点について説明する。
以上説明したように,本実施形態によれば,上記第7の実施形態の効果に加え,以下の効果が得られる。すなわち,LD120とPD230が同一基板110上に実装されたときに危惧される電気のクロストークについても,PD230の下にガラス基板860をはさむことで改善される。
110 基板
110a,110b V溝
120 LD(発光素子)
130,230 PD(受光素子)
140a レンズ素子(発光素子側レンズ素子)
140b,240b,540b レンズ素子(受光素子側レンズ素子)
150,650 波長分波器
360,460,560,660 ガラス基板
740c レンズ素子(外部側レンズ素子)
770 ファイバ
Claims (13)
- 第1の方向にエッチング形成された第1の溝構造と前記第1の方向と90度をなす第2の方向にエッチング形成された第2の溝構造とを有する基板と,
前記基板上に配置され,波長に応じて光を透過または90度反射する,キューブ型の波長分波器と,
前記第1の溝構造に配置された発光素子側レンズ素子と,
前記第2の溝構造に配置された受光素子側レンズ素子と,
前記第1の溝構造の端部近傍に配置され,光を発光し,前記発光素子側レンズ素子および前記波長分波器を介して外部への出射光とするための発光素子と,
前記第2の溝構造の端部近傍に配置され,外部からの入射光を,前記波長分波器および前記受光素子側レンズ素子を介して受光する受光素子と,
を備えたことを特徴とする,光モジュール。 - 前記波長分波器および前記受光素子側レンズ素子を介した入射光は,前記第1の溝構造の端部で反射されて,前記受光素子に受光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。
- 前記基板と前記受光素子との間に挿入された光透過性基板をさらに備え,
前記入射光は,前記波長分波器,前記受光素子側レンズ素子,および前記光透過性基板を介して,前記受光素子に受光されることを特徴とする,請求項1または2に記載の光モジュール。 - 前記光透過性基板の一の面にバンドパスフィルタが形成されていることを特徴とする,請求項3に記載の光モジュール。
- 前記受光素子側レンズ素子の一の面にローパスフィルタが形成され,
前記光透過性基板の一の面にハイパスフィルタが形成されていることを特徴とする,請求項3に記載の光モジュール。 - 前記波長分波器の一の面にローパスフィルタが形成され,
前記光透過性基板の一の面にハイパスフィルタが形成されていることを特徴とする,請求項3に記載の光モジュール。 - 前記光透過性基板の少なくとも一の面に反射防止部材が形成されていることを特徴とする,請求項3〜6のいずれかに記載の光モジュール。
- 前記発光素子側レンズ素子および前記受光素子側レンズ素子には回折光学素子が形成されていることを特徴とする,請求項1〜7のいずれかに記載の光モジュール。
- 前記発光素子側レンズ素子および前記受光素子側レンズ素子は,シリコン製マイクロレンズからなることを特徴とする,請求項1〜8のいずれかに記載の光モジュール。
- 前記出射光および前記入射光の方向に形成された第3の溝構造と,
前記第3の溝構造に配置された外部側レンズ素子と,
をさらに備えたことを特徴とする,請求項1〜9のいずれかに記載の光モジュール。 - 前記外部側レンズ素子には回折光学素子が形成されていることを特徴とする,請求項10に記載の光モジュール。
- 前記外部側レンズ素子は,シリコン製マイクロレンズからなることを特徴とする,請求項10または11に記載の光モジュール。
- 前記発光素子から発光された光は,前記発光素子側レンズ素子で平行光に変換されることを特徴とする,請求項1〜12のいずれかに記載の光モジュール。
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