JP2007025145A - 光モジュール及び光導波路部品の実装ずれ補償方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 第1導波路コア1Aを備える第1光導波路部品1と、第2導波路コア2Aを備え、第2導波路コア2Aと第1導波路コア1Aとが部分的に近接し、第1導波路コア1Aと第2導波路コア2Aとの間で伝搬してきた光が結合しうるように設けられた第2光導波路部品2と、第1導波路コア1Aと第2導波路コア2Aとの間に設けられ、電気光学材料からなる電気光学材料層3と、電気光学材料層3の屈折率が変化し、第1導波路コア1Aと第2導波路コア2Aとの間の光結合係数が変わるように、電気光学材料層3に電界を印加するための電極4とを備える。
【選択図】 図1
Description
また、PLCプラットフォームを実装基板として用いる実装技術(平面実装技術)は、表面に導波路を形成した共通基板上に光部品を搭載するため、光モジュールの小型化、アセンブリ工程の簡略化に適していると言われている。
また、例えばニオブ酸リチウム(LN;Lithium Niobate)を用いた光変調器やファブリペロー型の半導体レーザなどのように、光ビームがデバイス表面に沿って伝播しデバイス端面から出射するタイプ、又は、デバイス端面から入射した光ビームがデバイス表面に沿って伝播しデバイス端面から出射するタイプの光デバイス(光導波路デバイス)は、デバイス端面近傍に設けられたレンズを介して、直線的に配設された光ファイバや光導波路に結合させるのが一般的である。
特許文献1は、半導体光導波路において、2つの光導波路間に形成されたクラッド層に電圧を印加することでクラッド層の屈折率を変化させて、結合長を変化させ、取り出す光の波長を選択できるようにした光スイッチ等の光デバイスを開示している(例えば実施形態2参照)。
しかしながら、特許文献2に開示された技術は、1つの電気光学効果を有する光導波路に電界を印加し、屈折率を変化させることで、出射光軸を一定に保つことができるようにした技術を開示しているにすぎず、複数の光導波路部品を備えるものではない。特に、本願発明のように、「アセンブリ化の際に生じてしまう物理的な導波路コア間の距離のばらつきを補償できるようにし、十分な光結合効率が得られるようにする」という課題は全く想定していない。
また、光導波路デバイスを光ファイバ等に結合する場合、小型化・集積化が難しい。また、レンズ表面や光導波路端面での反射損失があるため、高い効率で光を結合させるのも困難である。
一般に、アセンブリプロセスにおいて、位置ズレを1μm程度以下に抑えるのは容易でない。このため、このような光結合効率の大幅なばらつきに対応できるように、大きなマージンをもたせて光モジュールの設計を行なうことが必要になる。
また、複数の光導波路部品のアセンブリ化の際に生じる導波路コア間の距離のばらつき(実装ずれ)に起因する光結合効率の低下を補償する、光導波路部品の実装ずれ補償方法を提供することも目的とする。
本実施形態にかかる光モジュールは、例えば図1に示すように、表面に導波路コア(基板側導波路コア)1Aが露出している光導波路基板(光導波路部品)1と、表面に導波路コア(デバイス側導波路コア)2Aが露出している光導波路デバイス(光導波路部品)2と、基板側導波路コア1Aとデバイス側導波路コア2Aとの間に設けられ、電気光学材料からなる電気光学材料層3と、電気光学材料層3に電界を印加するための電極4とを備える。
ここでは、光導波路基板1と光導波路デバイス2は、それぞれ独立した光導波路部品であり、基板側導波路コア1Aとデバイス側導波路コア2Aとが部分的に平行な状態で近接し、基板側導波路コア1Aとデバイス側導波路コア2Aとの間で、伝搬してきた光が結合しうるように設けられている。つまり、基板側導波路コア1Aとデバイス側導波路コア2Aは、互いに近接する平行部(近接平行部)を有し、この部分が光カプラ5として機能しうるように構成されている。
光導波路デバイス2は、例えば光ビームが表面に沿って伝搬し、端面から出射又は入射するように、チャネル状の導波路コア2Aが形成されているデバイスである。この光導波路デバイス2は、例えば、光ビームが表面に沿って伝播し、端面から出射する光導波路デバイス(例えば半導体レーザなど)や端面から入射した光ビームが表面に沿って伝播し端面から出射する光導波路デバイス(例えば光変調器など)である。
本実施形態では、表面に導波路コア1A,2Aが露出している光導波路部品1,2同士を、電気光学材料層3を介して接着するようにしているため、電気光学材料層3はクラッド層として機能しうるものとしている。なお、図1では、説明を分かり易くするために、電気光学材料層3を部分的に示しているが、実際には、電気光学材料層3は、光導波路基板1の表面を覆うように全面に形成している。
つまり、まず、基板側導波路コア1Aを備える光導波路基板(光導波路部品)1、及び、デバイス側導波路コア2Aを備える光導波路デバイス(光導波路部品)2を用意する。ここでは、表面に導波路コア1Aが露出している光導波路基板1、及び、表面に導波路コア2Aが露出している光導波路デバイス2を用意する。
したがって、本発明の光導波路部品の実装ずれ補償方法によれば、複数の光導波路部品1,2のアセンブリ化の際に生じる物理的な導波路コア1A,2A間の距離(結合距離)のばらつき(実装ずれ)に起因する光結合効率の低下を補償することができ、十分に高い光結合効率が得られるようになるという利点がある。
例えば、屈折率nが1.563の電気光学材料からなる接着剤(これが電気光学材料層3となる)を用いて、光導波路基板1上に光導波路デバイス2を接着する場合、図3中、実線Aで示すように、導波路コア1A,2A間の距離(導波路コア間ギャップの大きさ;導波路コアのエッジ間距離)に応じて、導波路コア1A,2A間の光結合効率が変わってしまう。なお、ここでは、結合長(近接平行部5の長さ)は3mmとしている。また、各導波路コア1A,2Aは、屈折率を1.567とし、断面寸法を縦7μm×横7μmとしている。
しかしながら、導波路コア1A,2A間ギャップの大きさが5.5μmになるように設計したとしても、実際には、ばらつきが生じ、異なる厚さになってしまう場合がある。例えば、導波路コア間ギャップの大きさが4.0μm程度になってしまった場合、図3中、実線Aで示すように、光結合効率は53%程度まで急激に低下してしまうことになる。
同様に、導波路コア間ギャップの大きさが6.0μm程度になってしまった場合には、電気光学材料層3の屈折率nを1.5635まで増加させて、導波路コア1A,2A間の光結合係数を変えれば、図3中、実線Cで示すように、ほぼ100%の光結合効率が得られることになる。
さらに、導波路コア間ギャップの大きさが4.3μm程度になってしまった場合には、電気光学材料層3の屈折率nを1.5620まで低減させて、導波路コア1A,2A間の光結合係数を変えれば、図3中、実線Eで示すように、ほぼ100%の光結合効率が得られることになる。
要するに、導波路コア間ギャップの大きさが大きくなってしまった場合には、その大きさに応じて電気光学材料層3の屈折率を大きくすれば(この場合、図3中、光結合効率特性曲線は右側へ連続的に移動していくことになる)、ほぼ100%の光結合効率が得られることになる。一方、導波路コア間ギャップの大きさが小さくなってしまった場合には、その大きさに応じて電気光学材料層の屈折率を小さくすれば(この場合、図3中、光結合効率特性曲線は左側へ連続的に移動していくことになる)、ほぼ100%の光結合効率が得られることになる。
例えば、一方の光導波路部品を、導波路コア(基板側導波路コア)上に電気光学材料層としての上部クラッド層を備える光導波路基板とし、他方の光導波路部品を、表面に導波路コア(デバイス側導波路コア)が露出している光導波路デバイスとし、光導波路デバイスが光導波路基板上に実装されるようにしても良い。
このように構成する場合、基板側導波路コアとデバイス側導波路コアとの間に、電気光学材料層としてのクラッド層が設けられることになる。なお、この場合、電気光学材料層は、クラッド層として機能し、光導波路デバイスや光導波路基板の表面に露出するように形成でき、精密加工が可能な材料を用いることになる。また、電気光学材料層としてのクラッド層を備える光導波路部品は、表面に導波路コアが露出しておらず、導波路コアが表面近傍に形成されたものとなる。
また、一方の光導波路部品として、導波路コア(デバイス側導波路コア)上に電気光学材料層としての上部クラッド層を備える光導波路デバイスを用意し、他方の光導波路部品として、表面に導波路コア(基板側導波路コア)が露出している光導波路基板を用意し、光導波路デバイスを光導波路基板上に実装するようにしても良い。
(実施例1)
本実施例では、図4(A)〜(F)に示すように、導波路コア11A(12A)が表面に露出した導波路チップ(光導波路部品)11(12)を2つ作製し、電気光学ポリマー(電気光学材料層13)を介して、これらを接合して、光モジュール110を作製した。そして、電極14を介して電気光学ポリマー13に電界を印加した際の光パワーの結合効率(光結合効率)の変化を測定した。
[導波路チップの作製]
導波路チップ11,12は、以下のようにして作製した。
さらに、図4(A),(B)に示すように、一方の導波路チップ11の表面上の導波路コア11Aを挟んで両側に、導波路コア11Aに沿って平行に、長さ4mmの一対のタングステン製の電極14をスパッタにより形成した。
[評価]
一方の導波路チップ11のチャネル導波路コア11Aにバットジョイント法で接続したシングルモードファイバから波長1.55μm・3mWの光ビームを入射させ、他方の導波路チップ12のチャネル導波路コア12Aに接続したシングルモードファイバから出射した光パワーを測定し、光結合効率を求めて、評価を行なった。
本実施例では、上述の実施例1[図4(A)〜(F)参照]と同様に、導波路コア11A(12A)が表面に露出した導波路チップ(光導波路部品)11(12)を2つ作製し、図5に示すように、一方の導波路チップ11の表面に電気光学ポリマー(電気光学材料層)によって上部クラッド層13Aを形成し、これらを接合して、光モジュール110を作製した。そして、上部クラッド層13Aとしての電気光学ポリマーに電界を印加した際の光パワーの結合効率(光結合効率)の変化を測定した。
[導波路チップの作製]
上述の実施例1と同様に、2つの同一の導波路チップ11,12を作製した。但し、一方の導波路チップ11には、導波路コア11Aが露出している側の表面に、電気光学ポリマーによって上部クラッド層13Aを形成した。また、図5に示すように、一方の導波路チップ11の表面(ここではクラッド層13A)上の導波路コア11Aを挟んで両側に、導波路コア11Aに沿って平行に、長さ4mmの一対のタングステン製の電極14をスパッタにより形成した。
[評価]
上述の実施例1と同様に、評価を行なった。
第1導波路コアを備える第1光導波路部品と、
第2導波路コアを備え、前記第2導波路コアと前記第1導波路コアとが部分的に近接し、前記第1導波路コアと前記第2導波路コアとの間で伝搬してきた光が結合しうるように設けられた第2光導波路部品と、
前記第1導波路コアと前記第2導波路コアとの間に設けられ、電気光学材料からなる電気光学材料層と、
前記電気光学材料層の屈折率が変化し、前記第1導波路コアと前記第2導波路コアとの間の光結合係数が変わるように、前記電気光学材料層に電界を印加するための電極とを備えることを特徴とする、光モジュール。
前記第1光導波路部品が、前記第1導波路コア上に前記電気光学材料層としての上部クラッド層を備える光導波路基板であり、
前記第2光導波路部品が、表面に前記第2導波路コアが露出している光導波路デバイスであり、
前記光導波路デバイスが前記光導波路基板上に実装されていることを特徴とする、付記1記載の光モジュール。
前記第1光導波路部品が、前記第1導波路コア上に、前記電気光学材料層としての上部クラッド層を備える光導波路デバイスであり、
前記第2光導波路部品が、表面に前記第2導波路コアが露出している光導波路基板であり、
前記光導波路デバイスが前記光導波路基板上に実装されていることを特徴とする、付記1記載の光モジュール。
前記第1光導波路部品が、表面に前記第1導波路コアが露出している光導波路デバイスであり、
前記第2光導波路部品が、表面に前記第2導波路コアが露出している光導波路基板であり、
前記光導波路デバイスが、前記電気光学材料層を介して、前記光導波路基板上に実装されていることを特徴とする、付記1記載の光モジュール。
前記電気光学材料層が、電気光学ポリマーにより形成されていることを特徴とする、付記1〜4のいずれか1項に記載の光モジュール。
(付記6)
前記電極に接続され、前記第1導波路コアと前記第2導波路コアとの間の距離に応じて前記電極に印加する電圧を制御する制御部を備えることを特徴とする、付記1〜5のいずれか1項に記載の光モジュール。
第1導波路コアを備える第1光導波路部品及び第2導波路コアを備える第2光導波路部品を用意し、
前記第1導波路コアと前記第2導波路コアとが部分的に近接し、前記第1導波路コアと前記第2導波路コアとの間で伝搬してきた光が結合しうるように、前記第1導波路コアと前記第2導波路コアとの間に電気光学材料層を介在させて、前記第1光導波路部品と前記第2光導波路部品とをアセンブリ化し、
前記第1導波路コアと前記第2導波路コアとの間の距離がずれている場合には、前記電気光学材料層に電界を印加して前記電気光学材料層の屈折率を変化させ、前記第1導波路コアと前記第2導波路コアとの間の光結合係数を変えることを特徴とする、光導波路部品の実装ずれ補償方法。
前記第1光導波路部品として、前記第1導波路コア上に前記電気光学材料層としての上部クラッド層を備える光導波路基板を用意し、
前記第2光導波路部品として、表面に前記第2導波路コアが露出している光導波路デバイスを用意し、
前記光導波路デバイスを前記光導波路基板上に実装することを特徴とする、付記7記載の光導波路部品の実装ずれ補償方法。
前記第1光導波路部品として、前記第1導波路コア上に前記電気光学材料層としての上部クラッド層を備える光導波路デバイスを用意し、
前記第2光導波路部品として、表面に前記第2導波路コアが露出している光導波路基板を用意し、
前記光導波路デバイスを前記光導波路基板上に実装することを特徴とする、付記7記載の光導波路部品の実装ずれ補償方法。
前記第1光導波路部品として、表面に前記第1導波路コアが露出している光導波路デバイスを用意し、
前記第2光導波路部品として、表面に前記第2導波路コアが露出している光導波路基板を用意し、
前記光導波路デバイスを、前記電気光学材料層を介して、前記光導波路基板上に実装することを特徴とする、付記7記載の光導波路部品の実装ずれ補償方法。
前記光導波路デバイスを、前記電気光学材料層としての電気光学ポリマーを用いて前記光導波路基板上に接着することを特徴とする、付記10記載の光導波路部品の実装ずれ補償方法。
1A 導波路コア(基板側導波路コア)
2 光導波路デバイス(光導波路部品)
2A 導波路コア(デバイス側導波路コア)
3 電気光学材料層
4 電極
5 光カプラ(平行部)
6 制御部
10 光モジュール
11 導波路チップ(光導波路部品)
11A 導波路コア
11B 石英ガラス基材
11C 下部クラッド層
12 導波路チップ(光導波路部品)
12A 導波路コア
12B 石英ガラス基材
12C 下部クラッド層
13 電気光学材料層(電気光学ポリマー)
13A 上部クラッド層(電気光学材料層,電気光学ポリマー)
14 電極
110 光モジュール
Claims (10)
- 第1導波路コアを備える第1光導波路部品と、
第2導波路コアを備え、前記第2導波路コアと前記第1導波路コアとが部分的に近接し、前記第1導波路コアと前記第2導波路コアとの間で伝搬してきた光が結合しうるように設けられた第2光導波路部品と、
前記第1導波路コアと前記第2導波路コアとの間に設けられ、電気光学材料からなる電気光学材料層と、
前記電気光学材料層の屈折率が変化し、前記第1導波路コアと前記第2導波路コアとの間の光結合係数が変わるように、前記電気光学材料層に電界を印加するための電極とを備えることを特徴とする、光モジュール。 - 前記第1光導波路部品が、前記第1導波路コア上に前記電気光学材料層としての上部クラッド層を備える光導波路基板であり、
前記第2光導波路部品が、表面に前記第2導波路コアが露出している光導波路デバイスであり、
前記光導波路デバイスが前記光導波路基板上に実装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。 - 前記第1光導波路部品が、前記第1導波路コア上に前記電気光学材料層としての上部クラッド層を備える光導波路デバイスであり、
前記第2光導波路部品が、表面に前記第2導波路コアが露出している光導波路基板であり、
前記光導波路デバイスが前記光導波路基板上に実装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。 - 前記第1光導波路部品が、表面に前記第1導波路コアが露出している光導波路デバイスであり、
前記第2光導波路部品が、表面に前記第2導波路コアが露出している光導波路基板であり、
前記光導波路デバイスが、前記電気光学材料層を介して、前記光導波路基板上に実装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。 - 前記電気光学材料層が、電気光学ポリマーにより形成されていることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載の光モジュール。
- 前記電極に接続され、前記第1導波路コアと前記第2導波路コアとの間の距離に応じて前記電極に印加する電圧を制御する制御部を備えることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか1項に記載の光モジュール。
- 第1導波路コアを備える第1光導波路部品及び第2導波路コアを備える第2光導波路部品を用意し、
前記第1導波路コアと前記第2導波路コアとが部分的に近接し、前記第1導波路コアと前記第2導波路コアとの間で伝搬してきた光が結合しうるように、前記第1導波路コアと前記第2導波路コアとの間に電気光学材料層を介在させて、前記第1光導波路部品と前記第2光導波路部品とをアセンブリ化し、
前記第1導波路コアと前記第2導波路コアとの間の距離がずれている場合には、前記電気光学材料層に電界を印加して前記電気光学材料層の屈折率を変化させ、前記第1導波路コアと前記第2導波路コアとの間の光結合係数を変えることを特徴とする、光導波路部品の実装ずれ補償方法。 - 前記第1光導波路部品として、前記第1導波路コア上に前記電気光学材料層としての上部クラッド層を備える光導波路基板を用意し、
前記第2光導波路部品として、表面に前記第2導波路コアが露出している光導波路デバイスを用意し、
前記光導波路デバイスを前記光導波路基板上に実装することを特徴とする、請求項7記載の光導波路部品の実装ずれ補償方法。 - 前記第1光導波路部品として、前記第1導波路コア上に前記電気光学材料層としての上部クラッド層を備える光導波路デバイスを用意し、
前記第2光導波路部品として、表面に前記第2導波路コアが露出している光導波路基板を用意し、
前記光導波路デバイスを前記光導波路基板上に実装することを特徴とする、請求項7記載の光導波路部品の実装ずれ補償方法。 - 前記第1光導波路部品として、表面に前記第1導波路コアが露出している光導波路デバイスを用意し、
前記第2光導波路部品として、表面に前記第2導波路コアが露出している光導波路基板を用意し、
前記光導波路デバイスを、前記電気光学材料層を介して、前記光導波路基板上に実装することを特徴とする、請求項7記載の光導波路部品の実装ずれ補償方法。
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