JP2010169755A - 光路変換ミラー - Google Patents
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Abstract
【課題】材料選択が容易で、製造手順が簡単な光路変換ミラーを提供する。
【解決手段】光に対して透明な材料で形成されたブロック2からなり、ブロック2は、基板面に接するための平坦な底面3と、該底面3と平行に入射した光を該底面3の方向に反射するために該底面3に対して傾斜した傾斜面4と、光伝送体に対向する光伝送体用対向面5とを備えた。
【選択図】図1
【解決手段】光に対して透明な材料で形成されたブロック2からなり、ブロック2は、基板面に接するための平坦な底面3と、該底面3と平行に入射した光を該底面3の方向に反射するために該底面3に対して傾斜した傾斜面4と、光伝送体に対向する光伝送体用対向面5とを備えた。
【選択図】図1
Description
本発明は、材料選択が容易で、製造手順が簡単な光路変換ミラーに関する。
光配線と電気配線とを一体の基板で実現する部材を光電気複合配線という。
図6に示されるように、従来の光電気複合配線61は、基板62の下面に上面が発光面である発光素子あるいは上面が受光面である受光素子63が実装され、光配線を担う光伝送体64は基板62の上面側に配置される。以下、光受信の場合のみ説明する。
基板62の上面側に配置された光伝送体64からの出射光を基板の下面に向けさせるためには、基板62の上面に光路変換ミラー65を実装する必要がある。
光路変換ミラー65は、基板面に接するための平坦な底面と、該底面と平行に入射した光を該底面の方向に反射するために該底面に対して傾斜した傾斜面66と、該傾斜面66から光の入射方向に所定距離以上離れて位置する光伝送体用対向面(図示せず)と、該光伝送体用対向面から上記反射面66まで光が拡散しないように導くコア67とを備える。光伝送体64の端面は光伝送体用対向面に当接される。
従来の光路変換ミラー65は、コア67を有する。コア67はその周囲の部分であるクラッドと相対的に屈折率が高い部分である。コア67が設けられていることにより、光伝送体64から光路変換ミラー65の光伝送体用対向面に入射した入射光は、コア67内に閉じ込められつつ伝送され、傾斜面66まで拡散による減衰をすることなく到達する。
コア67を形成するためには、屈折率の高いコア材料と屈折率の低いクラッド材料を組み合わせることが必要となる。下部クラッドを形成した後、下部クラッドの上にコア67を形成し、その後、コア67の上に上部クラッドを形成する。このように屈折率の異なる材料を重ね合わせることで光を閉じ込めることができる。
従来の光路変換ミラー65は、コア67を形成するために屈折率の異なる材料が複数種類必要になる。屈折率以外の要素、例えば、硬さを考慮して材料を選択したい場合でも、屈折率の条件は除外できないため、複数種類の材料の屈折率と硬さとを組み合わせて考えることになり、材料選択が制約される。
また、従来の光路変換ミラー65は、コア67を形成するので、製造手順も複数段階になり、煩雑である。さらに、コア67は光伝送体64と正対して光軸がずれないようにすることが必要であるため、コア製造時に位置合わせを行う必要があり、光路変換ミラー65の製造手順がいっそう煩雑となる。
このように、従来の光路変換ミラー65は、材料が複数種類必要で、製造手順が煩雑である。
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、材料選択が容易で、製造手順が簡単な光路変換ミラーを提供することにある。
上記目的を達成するために本発明は、基板の片面に実装されて該基板の片面に沿わせた光伝送体からの光を上記基板の反対面に向けて出射させるか又は上記基板の反対面からの光を上記光伝送体に入射させるための光路変換ミラーにおいて、上記光に対して透明な材料で形成されたブロックからなり、上記ブロックは、基板面に接するための平坦な底面と、該底面と平行に入射した光を該底面の方向に反射するか又は該底面から入射した光を該底面と平行に反射するために該底面に対して傾斜した傾斜面と、上記光伝送体に対向する光伝送体用対向面とを備えたものである。
上記ブロックが、屈折率が均一な単一のブロックであってもよい。
上記光伝送体用対向面から上記基板と平行に所定距離まで延ばされた凸部を備えてもよい。
上記光伝送体が光ファイバであってもよい。
上記光伝送体が導波路コアであってもよい。
上記光伝送体から上記光伝送体用対向面までの距離が150μm以下であってもよい。
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
(1)材料選択が容易である。
(2)製造手順が簡単である。
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する(光送信、光受信のどちらの場合でも同じ構造となるため、光受信の場合のみ説明する)。
図1(a)及び図1(b)に示されるように、本発明に係る光路変換ミラー11,12は、基板(図4参照)42の片面に実装されて該基板の片面に沿わせた光伝送体からの入射光を上記基板の反対面に向けて出射させるための光路変換ミラーにおいて、透明な材料で形成されたブロック2からなり、基板面に接するための平坦な底面3と、該底面3と平行に入射した光を該底面3の方向に反射するために該底面3に対して傾斜した傾斜面4と、光伝送体に対向する光伝送体用対向面5とを備えたものである。
図1(a)の光路変換ミラー11は、適用する光伝送体(光ファイバ、導波路コア)が1つの場合に適したものである。図1(b)の光路変換ミラー12は、適用する光伝送体が2つの場合に適したものである。以下、適用する光伝送体が1つの場合に適したものと2つの場合に適したものを併記する。
本発明の光路変換ミラー11,12は、上記光に対して透明な材料で形成されたブロック2からなり、屈折率が均一な単一のブロック2からなるとよい。図示のように、光路変換ミラー11,12は、六面体のブロック2である。すなわち、光路変換ミラー11,12は、平坦で矩形状の底面3と、底面3に平行で底面3より短辺の短い矩形状の上面6と、底面3と上面6の短辺同士を繋ぎ底面3に対して垂直な両側面7と、底面3と上面6の長辺同士を繋ぎ底面3に対して垂直な光伝送体用対向面5と、底面3と上面6の別の長辺同士を繋ぎ底面3に対して45°の傾斜を有する傾斜面4とを有する。
光路変換ミラー11,12の材料は、光通信に使用する光に対して透明なものであれば何でもよく、例えば、樹脂、ガラスなど、従来より光導波路のコアやクラッドに使用されているものが利用できる。
あらかじめブロックとして形成された部材を光路変換ミラー11,12に用いる場合には、光伝送体の位置に応じて基板面に接着固定することで光路変換ミラー1を作製することができる。また、ワニス状の樹脂からフォトリソグラフィーや金型を用いて直接基板面にブロックを形成し、90°V字状のダイシングブレードを用いて傾斜面を形成することで光路変換ミラー11,12を作製することができる。
本発明の光路変換ミラー11,12は、光伝送体の端面から光伝送体用対向面5までの距離が光の拡散が所定量となる距離以下である。光伝送体の端面から光伝送体用対向面5までの距離とは、光路に沿った距離である。
図2(a)及び図2(b)に、他の実施形態による光路変換ミラー21,22を示す。
図2(a)及び図2(b)に示されるように、本発明の他の実施形態に係る光路変換ミラー21,22は、図1の光路変換ミラー11,12の構成に加えて、光伝送体用対向面5から光の入射方向に所定距離まで延ばされた凸部8を備える。凸部8は、光伝送体用対向面5に接続される光伝送体(図3参照)が占めない空間に設けられ、光伝送体の幅とほぼ等しい間隔で幅方向に複数箇所設けられる。
凸部8は、光路変換ミラー21,22と光伝送体とを組み合わせてアセンブリを製造する際に、光伝送体を案内し、位置合わせするガイドになると共に、光伝送体の固定部材ともなるものである。
凸部8は、ブロック2の一部としてブロック2と同時に一体的に形成される。よって、光路変換ミラー21,22は、光路変換ミラー11,12と同様に、屈折率が均一な単一のブロック2からなる。
図3(a)〜図3(d)に、光伝送体の実施形態を示す。
図3(a)及び図3(c)に示されるように、光伝送体31は光ファイバ32で実現される。光ファイバ32は、図2の光路変換ミラー21,22の凸部8と隣の凸部8との間に挿入される。光ファイバ32の端面が光伝送体用対向面5に当接される。
その後に、接着剤を用いて凸部8と光ファイバ32とを固定する。光の反射を抑えるために、接着剤の屈折率はミラー部材や光ファイバ材料の屈折率に近いか又はその中間程度であることが望ましい。
図3(b)及び図3(d)に示されるように、光伝送体31は導波路コア33で実現される。導波路コア33は、図1の光路変換ミラー11,12の光伝送体用対向面5に対し直角に設けられる。導波路コア33の端面34が光伝送体用対向面5に当接される。なお、この図では端面34を示すために導波路コア33を光路変換ミラー11,12から離して描いてある。
導波路コア33はフォトリソグラフィーや金型などを用いて樹脂で作製することができる。このとき、光路変換ミラー11,12の光伝送体対向面5と導波路コア端面34は間隔を開けて形成されることになる。
基板上に導波路の下部クラッド、光路変換ミラー11,12となるブロックと導波路コア33を配置し、上部クラッドを導波路コア33を覆うように形成する。このとき上部クラッドは光路変換ミラー11,12となるブロックを覆わないことが望ましいが、覆う場合には、上部クラッド形成後にブロックを上部クラッドとともに90°V字ダイシングブレードにて所定の位置を切削することで傾斜面を形成することができる。
また、上部クラッド形成前に光路変換ミラー11,12の傾斜面が形成されている場合には、上部クラッド材料は傾斜面を覆わないように形成することで傾斜面を保持したまま導波路構造を作製することができる。または、あらかじめ傾斜面に金属膜を付けることでミラーの機能を保つことができる。
光伝送体が特に導波路の場合、光路変換ミラー11,12と光伝送体の端面は間隔を空けて形成される。導波路がフォトリソグラフィーや金型などで作製される場合、光路変換ミラー11,12用のブロックと接触させて導波路を作製することは難しいため、光伝送体用対向面から光伝送体の端面には間隔が空くことになる。この間隔は大きすぎると光伝送体と光路変換ミラー11,12の間で漏れ光が生じ損失となる。
この損失をビーム伝搬法にてシミュレーションを行った。シミュレーションのモデルとして、導波路コア33の屈折率1.55、導波路コア33の断面における一辺の長さ50μm、クラッドの屈折率1.50であり、光路変換ミラー11,12の傾斜面4の傾斜方向に直角な方向の幅を80μmとした。光源は面発光レーザ(VCSEL)の発光波長である850μmとし、また、VCSELの場合と同等な広がり角を持つ3.1μmの点光源を用いた。また、導波路コア33を伝搬する光のモード状態は導波路コア33の長さに依存するため、2.5〜5.0mmの範囲で導波路コア33の長さを変化させ、シミュレーションは3次元で行った。
当該シミュレーションの結果により、光伝送体31の端面から出射された光の光量が光路変換ミラー11,12の傾斜面4において保持される率(光量保持率)は、(光のモード状態が依存する)導波路コア33の長さ及び光路変換ミラー11,12の傾斜面4の傾斜方向に直角な方向の幅に依存するが、導波路コア33の長さを2.5〜5.0mmの範囲で変化させても、光伝送体31の端面から光路変換ミラー11,12の傾斜面4までの距離が100μmの場合には、光量保持率は97%以上保たれ、光路変換ミラー11,12の傾斜面4まで光が良好に到達することが確認できた。光伝送体31の端面から光路変換ミラー11,12の傾斜面4までの距離が200μmの場合には、光量保持率は90%前後保たれるが、光伝送体31の端面から光路変換ミラー11,12の傾斜面4までの距離が300μmの場合には、光量保持率は80%程度にまで落ちてしまうことが確認できた。
また、導波路コア33の長さを2.5〜5.0mmの範囲で変化させても、光路変換ミラー11,12の傾斜面4の傾斜方向に直角な方向の幅が70μmの場合では、光路変換ミラー11,12の傾斜面4から光伝送体31の端面までの距離が100μmで95%以上の光量が保たれており、良好に光路変換ミラー11,12の傾斜面まで光が到達している。この距離が200μmとなると光量は85%前後で保たれるが、300μmでは、70%程度まで落ちてしまう。
また、導波路コア33の長さを2.5〜5.0mmの範囲で変化させても、光路変換ミラー11,12の傾斜面4の傾斜方向に直角な方向の幅が60μmの場合では、光路変換ミラー11,12の傾斜面4から光伝送体31の端面までの距離が100μmで88%の光量が保たれており、良好に光路変換ミラー11,12の傾斜面まで光が到達している。この距離が200μmとなると光量は70%前後まで落ち、300μmでは、60%程度まで落ちてしまう。
また、導波路コア33の長さを2.5〜5.0mmの範囲で変化させても、光路変換ミラー11,12の傾斜面4の傾斜方向に直角な方向の幅が50μmの場合では、光路変換ミラー11,12の傾斜面4から光伝送体31の端面までの距離が100μmでは、65〜80%程度であり、さらに200μm、300μmとなると55%前後、45%前後と損失が大きくなってくる。
上記シミュレーションの結果により、光伝送体を配置する際に、光路変換ミラー11,12の傾斜面4の傾斜方向に直角な方向の幅が80μmの場合では、光路変換ミラー11,12の光伝送体用対向面までの距離が300μm以下、光路変換ミラー1の傾斜面4の傾斜方向に直角な方向の幅が70μmの場合では、光路変換ミラー11,12の光伝送体用対向面までの距離が250μm以下、光路変換ミラー11,12の傾斜面4の傾斜方向に直角な方向の幅が60μmの場合では、光路変換ミラー11,12の光伝送体用対向面までの距離が150μm以下とすることで良好な光量保持率(80%以上)を保てることが確認できた。
光路変換ミラー11,12の傾斜面を形成する際に、この傾斜面と光伝送体用対向面の距離は短く抑えることが必要である。この距離が長い場合には、光路変換ミラー11,12の部材の中で光が広がり、傾斜面で反射した後に受光素子で光を受ける際に、大きい損失が生じる。この距離は、300μm以下が望ましく、より好ましくは100μm以下である。この場合の距離とは、傾斜面と光伝送体用対向面を最短で結ぶ線の長さを言う。この距離が小さすぎる場合には、傾斜面の作製が困難となるため、10μm程度までとすることが望ましい。
図4(a)及び図4(b)に、本発明の光路変換ミラー21,22を基板に実装して構成される光電気複合配線41を示す。この図では、光素子43が受光素子である場合を示しており、発光素子の場合であってもその構成は同様である。
図4(a)及び図4(b)に示されるように、光路変換ミラー21,22は、その平坦な底面3を基板42の上面に接するようにして基板42に実装される。基板42の下面には上面が受光面である受光素子43が実装される。
図4の光電気複合配線41における光伝送の動作を説明する。
光伝送体31を伝送されてきた光が光伝送体31の端面から出射されると、その光は光伝送体用対向面5から光路変換ミラー21,22に入射される。光路変換ミラー21に入射された光は、傾斜面4において反射され伝送方向を90°変換される。光伝送体31中の光路が光伝送体31の中心にあるものとしたとき、この光路が光路変換ミラー21,22の傾斜面4に交わる点から降ろした垂線が反射による光路となる。反射されて伝送方向を90°変換された光は、基板42を透過して基板42の下面に抜け、受光素子43の受光面に入射する。
本発明の光路変換ミラー11,12,21,22は、屈折率が均一な単一のブロック2からなるため、材料が1種類でよい。よって、光路変換ミラー11,12,21,22の材料を任意に選択することが可能となる。例えば、傾斜面4が変形したりしないよう、十分に硬い材料にしたい場合、その要望に応じて十分に硬い材料を用いることができる。
また、光路変換ミラー11,12,21,22は、屈折率が均一な単一のブロック2からなるため、製造手順が簡単である。光路変換ミラー11,12,21,22は、樹脂をひとつの型で一体成形したり、樹脂を切り出して成形したりするような簡単な方法で製造することができる。
また、光路変換ミラー11,12,21,22は、コアを有さないため、従来のような成形時におけるコアの位置合わせが不要となり、製造手順がいっそう簡素化される。
図2の光路変換ミラー21,22は、凸部8が光伝送体31を案内し、位置合わせするガイドになると共に、光伝送体31の固定部材ともなる。また、凸部8と隣の凸部8との間は、導波路コアとなる流動体状の充填材を充填するための囲いとすることができる。この際には、光路変換ミラー21,22の屈折率は導波路構造をなす程度に充填材の屈折率より小さくする必要がある。
次に、本発明の変形例を説明する。
図5に示した光路変換ミラー21,22は、図2の光路変換ミラー21,22にカバー51を付加したものである。カバー51は、例えば、凸部8の端部(傾斜面4からの遠端)から所定距離までの凸部8に被せて取り付けられる。カバー51は、基板42(図4参照)から自由になっている光ファイバ32を覆って接着されることにより、光ファイバ32を固定している。
11,12,21,22 光路変換ミラー
2 ブロック
3 底面
4 傾斜面
5 光伝送体用対向面
8 凸部
2 ブロック
3 底面
4 傾斜面
5 光伝送体用対向面
8 凸部
Claims (6)
- 基板の片面に実装されて該基板の片面に沿わせた光伝送体からの光を上記基板の反対面に向けて出射させるか又は上記基板の反対面からの光を上記光伝送体に入射させるための光路変換ミラーにおいて、
上記光に対して透明な材料で形成されたブロックからなり、
上記ブロックは、基板面に接するための平坦な底面と、該底面と平行に入射した光を該底面の方向に反射するか又は該底面から入射した光を該底面と平行に反射するために該底面に対して傾斜した傾斜面と、上記光伝送体に対向する光伝送体用対向面とを備えたことを特徴とする光路変換ミラー。 - 上記ブロックが、屈折率が均一な単一のブロックであることを特徴とする請求項1に記載の光路変換ミラー。
- 上記光伝送体用対向面から上記基板と平行に所定距離まで延ばされた凸部を備えたことを特徴とする請求項1又は2に記載の光路変換ミラー。
- 上記光伝送体が光ファイバであることを特徴とする請求項1〜3いずれか記載の光路変換ミラー。
- 上記光伝送体が導波路コアであることを特徴とする請求項1〜3いずれか記載の光路変換ミラー。
- 上記光伝送体から上記光伝送体用対向面までの距離が150μm以下であることを特徴とする請求項5に記載の光路変換ミラー。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009010060A JP2010169755A (ja) | 2009-01-20 | 2009-01-20 | 光路変換ミラー |
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JP2009010060A JP2010169755A (ja) | 2009-01-20 | 2009-01-20 | 光路変換ミラー |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012159797A (ja) * | 2011-02-02 | 2012-08-23 | Hitachi Chem Co Ltd | ミラー付き光ファイバコネクタ及びその製造方法 |
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2009
- 2009-01-20 JP JP2009010060A patent/JP2010169755A/ja active Pending
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