JP2022048642A - 光学装置及び光学システム - Google Patents

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Abstract

【課題】光学的に結合させる2つの光導波路の位置ずれを低減する光学装置を提供する。【解決手段】第1光学装置10は、基板100と、基板に設けられた第1光導波路110と、基板に取り付けられた第1コネクタ120と、を備えている。基板の少なくとも一部は、第1光導波路の一端から出射される光の前方に向けて、第1コネクタよりも外側に位置している。【選択図】図2

Description

本発明は、光学装置及び光学システムに関する。
近年、ポリマー導波路等の第1光導波路が設けられた基板を有する第1光学装置と、光ファイバ等の第2光導波路を有する第2光学装置と、が互いに接続された光学システムが開発されている。例えば特許文献1に記載されているように、第1光学装置の第1コネクタと第2光学装置の第2コネクタとが互いに接続されることで、第1光学装置と第2光学装置とが位置決めされて、第1光導波路と第2光導波路との間で光信号の送受信が可能になる。
米国特許第7889958号明細書
第1光学装置と第2光学装置とを位置決めするために第1コネクタと第2コネクタとを互いに押圧させる場合がある。しかしながら、この場合、第1コネクタが第2コネクタから受ける押圧力によって第1コネクタが基板からずれることで、第1光導波路と第2光導波路との位置ずれが生じ得る。
本発明の目的の一例は、光学的に結合される2つの光導波路の位置ずれを低減することにある。本発明の他の目的は、本明細書の記載から明らかになるであろう。
本発明の一態様は、
基板と、
前記基板に設けられた光導波路と、
前記基板に取り付けられたコネクタと、
を備え、
前記基板の少なくとも一部が、前記光導波路の一端から出射される光の前方に向けて、前記コネクタよりも外側に位置している、光学装置である。
本発明の他の一態様は、
基板と、前記基板に設けられた第1光導波路と、前記基板に取り付けられた第1コネクタと、を有する第1光学装置と、
前記第1光導波路と光学的に結合する第2光導波路と、前記第2光導波路に取り付けられた第2コネクタと、を有する第2光学装置と、
を備え、
前記基板の少なくとも一部が、前記第2コネクタが位置する側に向けて、前記第1コネクタよりも外側に位置している、光学システムである、
本発明の上記態様によれば、光学的に結合される2つの光導波路の位置ずれを低減することができる。
実施形態に係る光学システムの上面図である。 図1のA-A´断面図である。 図1のB-B´断面図である。 図2の第1の変形例を示す図である。 図2の第2の変形例を示す図である。
以下、本発明の実施形態及び変形例について、図面を用いて説明する。なお、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
本明細書において、「第1」、「第2」、「第3」等の序数詞は、特に断りのない限り、同様の名称が付された構成を単に区別するために付されたものであり、構成の特定の特徴(例えば、順番又は重要度)を意味するものではない。
図1は、実施形態に係る光学システム30の上面図である。図2は、図1のA-A´断面図である。図3は、図1のB-B´断面図である。
図1~図3において、第1方向Xは、鉛直方向に垂直な水平方向に平行な方向である。第2方向Yは、水平方向に平行な方向であり、第1方向Xに直交している。第3方向Zは、鉛直方向に平行な方向である。第1方向X、第2方向Y又は第3方向Zを示す矢印は、当該矢印の基端から先端に向かう方向が当該矢印によって示される方向の正方向であり、かつ当該矢印の先端から基端に向かう方向が当該矢印によって示される方向の負方向であることを示している。第1方向X、第2方向Y又は第3方向Zを示す黒点付き白丸は、紙面の奥から手前に向かう方向が当該矢印によって示される方向の正方向であり、かつ紙面の手前から奥に向かう方向が当該矢印によって示される方向の負方向であることを示す。第1方向X、第2方向Y又は第3方向Zを示すX付き白丸は、紙面の手前から奥に向かう方向が当該矢印によって示される方向の正方向であり、かつ紙面の奥から手前に向かう方向が当該矢印によって示される方向の負方向であることを示す。後述する図4においても同様である。
本実施形態において、第1方向Xの正方向は、後述する第2光学装置20から第1光学装置10に向かう方向となっており、第1方向Xの負方向は、第1光学装置10から第2光学装置20に向かう方向となっている。第3方向Zの正方向は、鉛直方向の上方向となっており、第3方向Zの負方向は、鉛直方向の下方向となっている。なお、光学システム30の使用態様は、本実施形態に係る態様に限定されない。例えば、第3方向Zが水平方向、鉛直方向の斜め方向等、鉛直方向と異なる方向となるように、光学システム30は使用されてもよい。
光学システム30は、第1光学装置10及び第2光学装置20を備えている。第1光学装置10は、基板100、複数の第1光導波路110及び第1コネクタ120を有している。第2光学装置20は、複数の第2光導波路210及び第2コネクタ220を有している。
基板100は、例えば、シリコン等の半導体、樹脂等の有機、セラミック等からなっている。基板100は、第3方向Zに平行な厚みを有している。また、基板100は、第1方向Xの負方向に向けて延伸する突出部102を有している。
各第1光導波路110は、例えば、ポリマー等の有機材料、シリコン、化合物半導体等の半導体、石英等からなっている。複数の第1光導波路110は、第1方向Xに平行に延伸している。各第1光導波路110は、基板100の上面上に設けられている。なお、各第1光導波路110は、基板100の上面上でなく、基板100の内部等、基板100の他の位置に設けられていてもよい。また、第1光学装置10に設けられる第1光導波路110の数は1つのみであってもよい。
第1コネクタ120は、基板100に取り付けられている。具体的には、図3に示すように、第1コネクタ120に設けられた凹部128に、基板100の上面上に設けられた凸部108がはめ込まれることで、第1コネクタ120は、基板100に物理的に結合している。凸部108は、例えば、第1光導波路110を構成する材料と同じ材料から構成されている。本実施形態では、2つの凸部108が複数の第1光導波路110の第2方向Yの両側に設けられている。なお、凸部108が設けられる位置は、本実施形態に係る例に限定されない。
各第2光導波路210は、例えば光ファイバである。複数の第2光導波路210は、第1方向Xに平行に延伸している。なお、第2光学装置20に設けられる第2光導波路210の数は1つのみであってもよい。
第1光導波路110の第1方向Xの負方向側の第1端112と、第2光導波路210の第1方向Xの正方向側の第2端212と、は互いに対向している。本実施形態では、第1光導波路110の第1端112と第2光導波路210の第2端212との間には、隙間が存在している。第1光導波路110の第1端112から出射された光は、第1方向Xの負方向に進行して、第2光導波路210の第2端212に入射する。第2光導波路210の第2端212から出射された光は、第1方向Xの正方向に進行して、第1光導波路110の第1端112に入射する。このようにして、第1光導波路110と第2光導波路210との間で信号の送受信がなされ、第1光導波路110と第2光導波路210とは光学的に結合する。
第2コネクタ220は、複数の第2光導波路210の第1方向Xの正方向側の端部に設けられている。第2コネクタ220は、第1コネクタ120に物理的に結合されている。具体的には、第1コネクタ120の第1方向Xの負方向側の第3側面122に設けられた第1案内穴124と、第2コネクタ220の第1方向Xの正方向側の第4側面222に設けられた第2案内穴224と、に、第1方向Xに延伸するピン324の一端と、他端と、がそれぞれ挿入されている。本実施形態では、2つのピン324が基板100の突出部102の第2方向Yの両側に設けられている。また、2つのピン324は、基板100の2つの凸部108及び第1コネクタ120の2つの凹部128と第1方向Xに並んでいる。なお、ピン324が設けられる位置は、本実施形態に係る例に限定されない。
図2に示すように、基板100の少なくとも一部は、第1光導波路110の第1端112から出射される光の前方、すなわち、第2コネクタ220が位置する側に向けて第1コネクタ120よりも外側に位置している。具体的には、基板100の突出部102の第1方向Xの負方向側の面は、第1コネクタ120の第1方向Xの負方向側の第3側面122よりも、第1方向Xの負方向に向けて突出した第1側面102aを含んでいる。第1光導波路110と第2光導波路210とを位置決めするに際して、基板100の第1側面102aは、第2コネクタ220の第1方向Xの正方向側の第4側面222を押圧する。この場合、第1コネクタ120の第3側面122と、第2コネクタ220の第4側面222と、を互いに押圧させる必要がない。仮に、第1光導波路110と第2光導波路210とを位置決めするに際して第1コネクタ120の第3側面122と、第2コネクタ220の第4側面222と、を互いに押圧させると、第1コネクタ120が第2コネクタ220から受ける押圧力によって第1コネクタ120が基板100からずれて、第1光導波路110と第2光導波路210との位置ずれが生じ得る。また、凸部108がポリマー等の比較的強度の低い材料からなる場合、第1コネクタ120が第2コネクタ220から受ける押圧力によって凸部108が破損するおそれがある。これに対して、本実施形態によれば、第1コネクタ120が第2コネクタ220から受ける押圧力による第1光導波路110と第2光導波路210との位置ずれを低減することができる。
図2に示すように、基板100の第1側面102aは、第1光導波路110の第1端112から出射される光の前方に向けて第1光導波路110の第1端112よりも外側に位置している。したがって、第1光導波路110の第1端112を第2光導波路210の第2端212から離間させることができる。第1光導波路110の第1端112と第2光導波路210の第2端212とが互いに離間している場合、第1光導波路110の第1端112と第2光導波路210の第2端212とが互いに接触している場合と比較して、第1光導波路110と第2光導波路210との位置ずれを抑制することができる。また、基板100の第1側面102aを第1方向Xの負方向に向けてどれだけの距離だけ第1光導波路110の第1端112よりも突出させるかによって、第1光導波路110の第1端112と第2光導波路210の第2端212との間の距離を調整することができる。
基板100の突出部102の第1方向Xの負方向側の面は、第1側面102aよりも、第1方向Xの正方向側に位置する第2側面102bを含んでいる。基板100の第2側面102b、すなわち、基板100のうち第1光導波路110の第1端112から第1側面102aにかけての部分は、第1光導波路110の第1端112と面一となっている。基板100の第2側面102b及び第1光導波路110の第1端112の形状は、例えば、基板100及び第1光導波路110のダイシングカットによって形成することができる。このため、比較的低コストで基板100の第2側面102b及び第1光導波路110の第1端112の形状を形成することができる。また、ダイシングカットの角度を調整することで、第1光導波路110の第1端112の第3方向Zに対する傾きを調整することができる。
第1端112及び第2側面102bは、第1光導波路110の第1端112から出射される光の出射方向に垂直な方向に対して斜めに傾いている。具体的には、第1端112及び第2側面102bは、第3方向Zの負方向に向かうにつれて、第1方向Xの負方向に向けて傾いている。この場合、第1端112が第3方向Zに対して平行である場合と比較して、第1光導波路110の第1端112と第2光導波路210の第2端212との間での光の多重反射を抑制することができる。このため、本実施形態では、第1端112が第3方向Zに対して平行である場合と比較して、伝送ノイズを低減することができる。特に本実施形態では、第1光導波路110の第1端112をAR(Anti-reflective)コーティングによって覆う必要がなくなる。
図4は、図2の第1の変形例を示す図である。本変形例に係る光学システム30Aは、以下の点を除いて、実施形態に係る光学システム30と同様である。
光学システム30Aは、第1光学装置10と第2光学装置20との間に位置するフィルム310Aを備えている。第1光導波路110と第2光導波路210とを位置決めするに際して、基板100の第1側面102aと、第2コネクタ220の第4側面222とは、フィルム310Aを挟んで互いに押圧する。フィルム310Aの第1方向Xに平行な厚さを調整することで、第1光導波路110の第1端112と第2光導波路210の第2端212との間の距離を調整することができる。
図5は、図2の第2の変形例を示す図である。本変形例に係る光学システム30Bは、以下の点を除いて、実施形態に係る光学システム30と同様である。
光学システム30Bは、第1光学装置10と第2光学装置20との間の隙間に埋め込まれた屈折率マッチング材310Bを備えている。屈折率マッチング材310Bは、例えば、マッチングオイル、マッチングジェル等である。屈折率マッチング材310Bが第1光導波路110の第1端112と第2光導波路210の第2端212との間の領域に存在する場合、第1光導波路110の第1端112と第2光導波路210の第2端212との間の領域が空気である場合と比較して、第1端112と、第1端112に接する領域、すなわち屈折率マッチング材310Bと、の間の屈折率差と、第2端212と、第2端212に接する領域、すなわち屈折率マッチング材310Bと、の間の屈折率差と、を小さくすることができる。したがって、屈折率マッチング材310Bが第1端112と第2端212との間の領域に存在する場合、第1端112と第2端212との間の領域が空気である場合と比較して、第1端112と第1端112に接する領域との間の屈折率差による影響や、第2端212と第2端212に接する領域との間の屈折率差による影響を低減することができる。
以上、図面を参照して本発明の実施形態及び変形例について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
例えば、基板100の第2側面102bは、基板100の第1側面102aに対して斜めに傾いている。しかしながら、基板100の第2側面102bは、基板100の第1側面102aに対して平行になっていてもよい。
10 第1光学装置
20 第2光学装置
30 光学システム
30A 光学システム
30B 光学システム
100 基板
102 突出部
102a 第1側面
102b 第2側面
108 凸部
110 第1光導波路
112 第1端
120 第1コネクタ
122 第3側面
124 第1案内穴
128 凹部
210 第2光導波路
212 第2端
220 第2コネクタ
222 第4側面
224 第2案内穴
310A フィルム
310B 屈折率マッチング材
324 ピン
X 第1方向
Y 第2方向
Z 第3方向

Claims (5)

  1. 基板と、
    前記基板に設けられた光導波路と、
    前記基板に取り付けられたコネクタと、
    を備え、
    前記基板の少なくとも一部が、前記光導波路の一端から出射される光の前方に向けて、前記コネクタよりも外側に位置している、光学装置。
  2. 前記基板の少なくとも一部が、前記光の前方に向けて前記光導波路の前記一端の外側に位置している、請求項1に記載の光学装置。
  3. 前記光導波路の前記一端が、前記光の出射方向に垂直な方向に対して斜めに傾いている、請求項1又は2に記載の光学装置。
  4. 前記基板のうち前記光導波路の前記一端から前記少なくとも一部にかけての部分が、前記光導波路の前記一端と面一になっている、請求項1~3のいずれか一項に記載の光学装置。
  5. 基板と、前記基板に設けられた第1光導波路と、前記基板に取り付けられた第1コネクタと、を有する第1光学装置と、
    前記第1光導波路と光学的に結合する第2光導波路と、前記第2光導波路に取り付けられた第2コネクタと、を有する第2光学装置と、
    を備え、
    前記基板の少なくとも一部が、前記第2コネクタが位置する側に向けて、前記第1コネクタよりも外側に位置している、光学システム。
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