JP3136205B2 - Optical module and method of manufacturing lens array thereof - Google Patents
Optical module and method of manufacturing lens array thereofInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、光通信等に利用される
光モジュール及びそのレンズアレイの製造方法に関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical module used for optical communication and the like and a method for manufacturing a lens array thereof.
【０００２】[0002]
【従来の技術】この種の光モジュールの第一の従来例と
して、１９９２年電子情報通信学会春季大会、講演論文
集、Ｃ−２６９に開示された光モジュールがある。これ
は、図３に示すように、結晶基板１上にシリコンの異方
性エッチングの手法により等間隔に形成されたＶ溝に光
ファイバ２が装填された光ファイバアレイ３と、保持基
板４上に発光素子が等間隔で配列された半導体レーザダ
イオード（Ｌaser Ｄiode ）アレイ５とを個別のベース
部材６，７に設置し、レンズアレイ８を介してアライメ
ント後、ベース部材６，７同士をレーザ溶接９等により
固定してモジュール化したものである。2. Description of the Related Art As a first conventional example of this type of optical module, there is an optical module disclosed in the 1992 Spring Meeting of the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, Lecture Paper Collection, C-269. As shown in FIG. 3, an optical fiber array 3 in which optical fibers 2 are loaded in V grooves formed at equal intervals on a crystal substrate 1 by anisotropic etching of silicon, A laser diode (Laser Diode) array 5 in which light-emitting elements are arranged at equal intervals is placed on individual base members 6 and 7, and after alignment via a lens array 8, the base members 6 and 7 are laser welded to each other. 9 and modularized.
【０００３】また、その第二の従来例として、１９８５
年秋季、第４６回応用物理学会学術講演会、講演予稿
集、２ｐ−Ｌ−７に開示された平板マイクロレンズがあ
る。これは、平板基板内にドーパントを選択拡散するこ
とにより、２次元アレイ状に微小レンズを一括して形成
するようにしたものである。As a second conventional example, 1985
There is a flat microlens disclosed in the 46th Japan Society of Applied Physics Academic Lecture, Autumn Preliminary Report, 2p-L-7. In this method, a minute lens is collectively formed in a two-dimensional array by selectively diffusing a dopant into a flat substrate.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、第一の
従来例の場合、２次元のアライメントを行う必要がある
ため、作業が煩雑になって生産性が悪くなり、コスト高
となる。しかも、個別のベース部材６，７に光ファイバ
アレイ３、ＬＤアレイ５及びレンズアレイ８を保持する
ので、ＰＣＢ（Ｐrinted Ｃircuit base Ｂoard ）基板
等の電気回路にマウントすることなどを考えるとモジュ
ールが大きくなってしまう。However, in the case of the first conventional example, since it is necessary to perform two-dimensional alignment, the operation becomes complicated, the productivity is deteriorated, and the cost is increased. In addition, since the optical fiber array 3, the LD array 5, and the lens array 8 are held on the individual base members 6, 7, the module is large considering mounting on an electric circuit such as a PCB (Printed Circuit base Board). turn into.
【０００５】また、第二の従来例の場合、平板マイクロ
レンズのようなレンズアレイは、２次元状に容易にレン
ズを形成することができる反面、１次元レンズアレイと
して用いる際には、さらにモジュールに適した形状に加
工することが必要となる。In the case of the second conventional example, a lens array such as a flat microlens can easily form a lens in a two-dimensional manner. It is necessary to process it into a shape suitable for.
【０００６】そこで、本発明は、生産性に富み、小型か
つ低コストな光モジュールを提供するとともに、小型モ
ジュールに適したレンズアレイを提供しようとするもの
である。Accordingly, an object of the present invention is to provide a compact, low-cost optical module with high productivity and a lens array suitable for a small module.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明で
は、発光素子が所定の間隔をもって配列された発光素子
アレイとこの発光素子アレイの前記発光素子と同間隔で
光ファイバが配列された光ファイバアレイと前記発光素
子アレイと前記光ファイバアレイとの間に配設されて前
記発光素子及び前記光ファイバと同間隔の周期で屈折率
分布をもつレンズアレイとを備えた光モジュールにおい
て、結晶基板上に前記各光ファイバを保持する複数本の
光ファイバ保持用溝とこの光ファイバ保持用溝に対して
直角をなし前記レンズアレイを保持するレンズアレイ保
持用溝とを異方性エッチングの手法により形成し、この
結晶基板を型として光や熱により硬化する樹脂により複
製したベース部材を形成し、前記光ファイバアレイと前
記レンズアレイと前記光素子アレイとをこれら各々の光
軸が同一平面内になるように前記ベース部材上に配設し
た。According to the first aspect of the present invention, there is provided a light emitting element array in which light emitting elements are arranged at predetermined intervals and a light in which optical fibers are arranged at the same interval as the light emitting elements of the light emitting element array. in the optical module that includes a lens array having a refractive index distribution in the period of the light emitting element and the optical fiber and the spacing is arranged between the optical fiber array and the light emitting element array and the fiber array, the crystal substrate A plurality of optical fiber holding grooves for holding the respective optical fibers and a lens array holding groove for holding the lens array at right angles to the optical fiber holding grooves are formed by anisotropic etching. Forming this
Using a crystal substrate as a mold,
The optical fiber array, the lens array, and the optical element array were disposed on the base member such that their optical axes were in the same plane.
【０００８】[0008]
【０００９】[0009]
【００１０】[0010]
【００１１】[0011]
【作用】請求項１記載の発明においては、一つのベース
部材上に形成した光ファイバ保持用溝とレンズアレイ保
持用溝とに光ファイバアレイの各々の光ファイバとレン
ズアレイとをガイドさせることで、光ファイバアレイと
レンズアレイと発光素子アレイとを同一のベース部材上
に容易に配設し得るものとなり、これにより、光ファイ
バアレイとレンズアレイと発光素子アレイとの間のアラ
イメントが容易となり、光モジュールの小型化、低コス
ト化及び生産性の向上を図ることが可能となり、光ファ
イバアレイ保持用溝及びレンズアレイ保持用溝を形成し
た結晶基板を型として光や熱により硬化する樹脂により
ベース部材を複製することで、ベース部材を量産し得る
ものとなり、これにより、光モジュールの生産性をより
一層向上させることが可能となる。 According to the first aspect of the present invention, each optical fiber and the lens array of the optical fiber array are guided by the optical fiber holding groove and the lens array holding groove formed on one base member. Thus, the optical fiber array, the lens array, and the light emitting element array can be easily arranged on the same base member, thereby facilitating the alignment between the optical fiber array, the lens array, and the light emitting element array, miniaturization of the optical module, Ri Do can be improved cost and productivity, fiber-
Forming an aperture array holding groove and a lens array holding groove.
With a resin that is cured by light or heat using the crystal substrate
By duplicating the base member, mass production of the base member is possible
And thereby increase the productivity of optical modules.
It is possible to further improve.
【００１２】[0012]
【００１３】[0013]
【００１４】[0014]
【００１５】[0015]
【実施例】本発明の一実施例を図１及び図２に基づいて
説明する。まず、図１は本実施例の光モジュールの構造
を示すもので、ベース部材１０の上面には、発光素子１
１が等間隔をもって配列された発光素子アレイ１２と、
この発光素子アレイ１２の前記発光素子１１と同間隔で
光ファイバ１３が配列された光ファイバアレイ１４と、
前記発光素子アレイ１２と前記光ファイバアレイ１４と
の間に配設されてこれらの発光素子１１及び光ファイバ
１３と同間隔の周期で屈折率分布１５をもつ分布屈折率
型レンズアレイ（レンズアレイ）１６とが、これらの各
々の光軸が同一平面内で一致するように配設されてい
る。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. First, FIG. 1 shows the structure of the optical module of the present embodiment.
A light emitting element array 12 in which 1 are arranged at equal intervals;
An optical fiber array 14 in which optical fibers 13 are arranged at the same intervals as the light emitting elements 11 of the light emitting element array 12,
A distributed refractive index type lens array (lens array) which is disposed between the light emitting element array 12 and the optical fiber array 14 and has a refractive index distribution 15 at the same interval as the light emitting elements 11 and the optical fibers 13. 16 are arranged such that their respective optical axes coincide in the same plane.
【００１６】具体的に説明すると、前記ベース部材１０
の上面には、一端を揃え等間隔をもって配列された断面
Ｖ字形状の複数本の平行なＶ溝（光ファイバアレイ保持
用溝）１７とこれらのＶ溝１７に対して直角をなす断面
Ｖ字形状のＶ溝（レンズアレイ保持用溝）１８とが形成
されており、前記Ｖ溝１７の各々には前記光ファイバ１
３が装填されて前記光ファイバアレイ１４が形成され、
前記Ｖ溝１８には前記分布屈折率型レンズアレイ１６が
装填されている。また、この分布屈折率型レンズアレイ
１６を挾んで前記光ファイバアレイ１４と対向させて前
記発光素子アレイ１２が配設されている。More specifically, the base member 10
A plurality of parallel V-grooves (optical fiber array holding grooves) 17 having a V-shaped cross-section, one end of which is arranged at equal intervals, and a V-shaped cross-section perpendicular to these V-grooves 17 A V-shaped groove (lens array holding groove) 18 is formed, and each of the V-shaped grooves 17 is provided with the optical fiber 1.
3 is loaded to form the optical fiber array 14,
The V-groove 18 is loaded with the distributed index lens array 16. The light emitting element array 12 is disposed opposite the optical fiber array 14 with the distributed index lens array 16 interposed therebetween.
【００１７】このような構成において、まず、ベース部
材１０上に、光ファイバアレイ１４の各々の光ファイバ
１３を保持するための複数のＶ溝１７と、これらのＶ溝
１７に対して直角をなし分布屈折率型レンズアレイ１６
を保持するためのＶ溝１８とを形成する。この際、ベー
ス部材１０として基板表面が（１００）面のＳｉ結晶基
板、この結晶基板のマスクとしてＳｉＯ２ 薄膜、エッ
チング液としてＫＯＨ水溶液を用いれば、異方性エッチ
ングの手法により結晶基板上にＶ溝１７，１８を簡単に
精度よく形成することが可能となる。ついで、通常のフ
ォトリソグラフィー及び通常の薄膜形成技術を用いて発
光素子アレイ１２の各々の発光素子１１に対応する電極
１９，２０を形成した後、発光素子アレイ１２を実装す
る。この際、例えば、図１（ｂ）中に示すハンダバンプ
を用いたりフロー時のセルフアライメント効果を利用し
て発光素子アレイ１２を実装することにより、正確に発
光素子１１の位置を制御することが可能となる。ここで
今、発光素子１１としてＬＤ（Ｌaser Ｄiode ）又はＬ
ＥＤ（Ｌight Ｅmitting Ｄiode ）を想定すると、ま
ず、ＬＤ又はＬＥＤを点灯した後、分布屈折率型レンズ
アレイ１６をＶ溝１８に装填し、ついで、光ファイバア
レイ１４の各々の光ファイバ１３をＶ溝１７に装填す
る。そして、光ファイバ１３の各々の出力端からの出力
光をモニタしながら分布屈折率型レンズアレイ１６及び
光ファイバアレイ１４を調整した後、それぞれＶ溝１
７，１８に固定する。この固定方法には、操作性のよい
光硬化性樹脂による接着法が用いられる。In such a configuration, first, a plurality of V-grooves 17 for holding the respective optical fibers 13 of the optical fiber array 14 are formed on the base member 10, and the V-grooves 17 are formed at right angles. Distributed index lens array 16
And a V-groove 18 for holding the same. At this time, if a Si crystal substrate having a (100) substrate surface as a base member 10, a SiO2 thin film as a mask of the crystal substrate, and a KOH aqueous solution as an etchant, a V-groove is formed on the crystal substrate by anisotropic etching. 17 and 18 can be easily and accurately formed. Next, the electrodes 19 and 20 corresponding to the respective light emitting elements 11 of the light emitting element array 12 are formed by using normal photolithography and normal thin film forming technology, and then the light emitting element array 12 is mounted. In this case, for example, Handaban flop shown in FIG. 1 (b)
By mounting the light emitting element array 12 by using a self-alignment effect when flow or with, it is possible to control the position of precisely the light-emitting element 11. Here, LD (Laser Diode) or L is used as the light emitting element 11.
Assuming an ED (Light Emitting Diode), first, after turning on the LD or LED, the distributed index lens array 16 is loaded into the V groove 18, and then each optical fiber 13 of the optical fiber array 14 is connected to the V groove. 17 is charged. After adjusting the distributed index lens array 16 and the optical fiber array 14 while monitoring the output light from each output end of the optical fiber 13, the V-groove 1
Fix to 7 and 18. As the fixing method, a bonding method using a photocurable resin having good operability is used.
【００１８】このように、本実施例では、一つのベース
部材１０上に互いに直角をなすＶ溝１７，１８を形成
し、Ｖ溝１７に光ファイバアレイ１４の各々の光ファイ
バ１３をガイドさせるとともに、Ｖ溝１８に分布屈折率
型レンズアレイ１６をガイドさせることで、発光素子ア
レイ１２と光ファイバアレイ１４と分布屈折率型レンズ
アレイ１６とを同一のベース部材１０上に容易に配置し
得るものとなるため、これらの光学部材のアライメント
が容易となり、光モジュールの小型化、低コスト化及び
生産性の向上を図ることが可能となる。また、ベース部
材１０には、Ｖ溝１７，１８が形成された前述のＳｉ結
晶基板を型として光や熱により硬化する樹脂等により複
製したものを用いてもよい。これによれば、ベース部材
１０の量産性がよくなり、光モジュールの生産性を一層
向上させることが可能となる。As described above, in the present embodiment, V-grooves 17 and 18 which are perpendicular to each other are formed on one base member 10, and the V-grooves 17 guide the respective optical fibers 13 of the optical fiber array 14. The light emitting element array 12, the optical fiber array 14, and the distributed index lens array 16 can be easily arranged on the same base member 10 by guiding the distributed index lens array 16 to the V groove 18. Therefore, alignment of these optical members becomes easy, and it is possible to reduce the size, cost, and productivity of the optical module. Further, the base member 10 may be formed by using the above-mentioned Si crystal substrate on which the V-grooves 17 and 18 are formed as a mold and replicating with a resin or the like which is cured by light or heat. According to this, the mass productivity of the base member 10 is improved, and the productivity of the optical module can be further improved.
【００１９】続いて、分布屈折率型レンズアレイ１６の
製造方法を図２に基づいて説明する。まず、分布屈折率
型レンズアレイ１６の材料として高屈折率を与えるイオ
ンを含む円筒状の透明なガラス部材（透明部材）２２を
用いる。そして、図２（ａ）に示すように、フォトリソ
グラフィーの手法によりガラス部材２２の周面にその円
筒軸方向に沿って所定の間隔で配列させたイオン透過防
止用マスク層２３を形成し、このイオン透過防止用マス
ク層２３の開口部２４を介してイオン交換を行い、ガラ
ス部材２２中の高屈折率を与えるイオンの一部と低屈折
率を与えるイオンとを置換する。ここで、同図（ｂ）に
示すように、必要に応じてヒータ２５を用いた熱処理に
より所望の屈折率分布１５をガラス部材２２の内部に形
成する。このようにして製造された分布屈折率型レンズ
アレイ１６は、ガラス部材２２の周面による屈折の効果
とその内部の屈折率分布１５による屈折の効果とにより
凸レンズ機能をもつことになる。そこで、ガラス部材２
２の円筒軸方向に屈折率分布１５を周期的に変化させる
ことにより、同図（ｃ）に示すように、一次元の分布屈
折率型レンズアレイ１６を容易に形成することが可能と
なる。なお、本実施例の分布屈折率型レンズアレイ１６
の製造方法では、高屈折率を与えるイオンを含む円筒状
のガラス部材２２の一部を低屈折率を与えるイオンで置
き換えるようにしたが、低屈折率を与えるイオンを含む
円筒状のガラス部材２２を用い、このガラス部材２２の
一部を高屈折率を与えるイオンで置き換える方法でも同
様に実施可能である。Next, a method of manufacturing the gradient index lens array 16 will be described with reference to FIG. First, a cylindrical transparent glass member (transparent member) 22 containing ions giving a high refractive index is used as the material of the distributed refractive index type lens array 16. Then, as shown in FIG. 2 (a), ion transmission preventing mask layers 23 arranged at predetermined intervals along the cylindrical axis direction of the glass member 22 are formed on the peripheral surface of the glass member 22 by photolithography. Ion exchange is performed through the opening 24 of the mask layer 23 for preventing ion permeation, and a part of ions giving a high refractive index in the glass member 22 is replaced with ions giving a low refractive index. Here, as shown in FIG. 4B, a desired refractive index distribution 15 is formed inside the glass member 22 by heat treatment using a heater 25 as necessary. The distributed index lens array 16 manufactured as described above has a convex lens function by the refraction effect by the peripheral surface of the glass member 22 and the refraction effect by the refractive index distribution 15 inside the glass member 22. Therefore, the glass member 2
By periodically changing the refractive index distribution 15 in the direction of the cylindrical axis 2, it is possible to easily form a one-dimensional distributed refractive index type lens array 16 as shown in FIG. Note that the distributed index lens array 16 of the present embodiment is
In the manufacturing method of (1), a part of the cylindrical glass member 22 containing ions giving a high refractive index is replaced with ions giving a low refractive index, but the cylindrical glass member 22 containing ions giving a low refractive index is used. And a method in which a part of the glass member 22 is replaced with ions giving a high refractive index.
【００２０】このような製造方法を用いることで、本実
施例では、光モジュールの小型化に適した分布屈折率型
レンズアレイ１６を容易に形成することが可能となる。
よって、この分布屈折率型レンズアレイ１６と前述の結
晶基板を型として樹脂等により複製して得られるベース
部材１０とを併用すれば、光モジュールの生産性をより
一層向上させることが可能となる。By using such a manufacturing method, in the present embodiment, it is possible to easily form the distributed index lens array 16 suitable for downsizing the optical module.
Therefore, if this distributed index lens array 16 is used in combination with the base member 10 obtained by duplicating the above-mentioned crystal substrate as a mold with a resin or the like, the productivity of the optical module can be further improved. .
【００２１】[0021]
【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、発光素子
が所定の間隔をもって配列された発光素子アレイとこの
発光素子アレイの前記発光素子と同間隔で光ファイバが
配列された光ファイバアレイと前記発光素子アレイと前
記光ファイバアレイとの間に配設されて前記発光素子及
び前記光ファイバと同間隔の周期で屈折率分布をもつレ
ンズアレイとを備えた光モジュールにおいて、結晶基板
上に前記各光ファイバを保持する複数本の光ファイバ保
持用溝とこの光ファイバ保持用溝に対して直角をなし前
記レンズアレイを保持するレンズアレイ保持用溝とを異
方性エッチングの手法により形成し、この結晶基板を型
として光や熱により硬化する樹脂により複製したベース
部材を形成し、前記光ファイバアレイと前記レンズアレ
イと前記光素子アレイとをこれら各々の光軸が同一平面
内になるように前記ベース部材上に配設し、一つのベー
ス部材上に形成した光ファイバ保持用溝とレンズアレイ
保持用溝とに光ファイバアレイの各々の光ファイバとレ
ンズアレイとをガイドさせるようにしたので、光ファイ
バアレイとレンズアレイと発光素子アレイとを同一のベ
ース部材上に容易に配設し得るものとなり、これによ
り、光ファイバアレイとレンズアレイと発光素子アレイ
との間のアライメントが容易となり、光モジュールの小
型化、低コスト化及び生産性の向上を図ることができ、
光ファイバアレイ保持用溝及びレンズアレイ保持用溝を
形成した結晶基板を型として光や熱により硬化する樹脂
によりベース部材を複製することで、ベース部材を量産
し得るものとなり、これにより、光モジュールの生産性
をより一層向上させることが可能となるものである。According to the first aspect of the present invention, a light emitting element array in which light emitting elements are arranged at a predetermined interval and an optical fiber array in which optical fibers are arranged at the same interval as the light emitting elements of the light emitting element array. in the optical module that includes a lens array having a refractive index distribution in the period of the light emitting element and the optical fiber and the spacing is arranged between the optical fiber array and the light emitting element array and the crystal substrate <br A plurality of optical fiber holding grooves for holding the optical fibers and a lens array holding groove which is perpendicular to the optical fiber holding grooves and holds the lens array are different from each other.
Formed by anisotropic etching , this crystal substrate is
As a base replicated by a resin that cures by light or heat
Forming a member, arranging the optical fiber array, the lens array, and the optical element array on the base member so that their respective optical axes are in the same plane, and formed on one base member. Since the optical fiber and the lens array are guided by the optical fiber holding groove and the lens array holding groove, the optical fiber array, the lens array, and the light emitting element array are mounted on the same base member. This facilitates the alignment between the optical fiber array, the lens array, and the light emitting element array, thereby reducing the size, cost, and productivity of the optical module. Can ,
Optical fiber array holding groove and lens array holding groove
Resin that is cured by light or heat using the formed crystal substrate as a mold
Mass production of base members by duplicating the base member
And thus the productivity of optical modules
Can be further improved .
【００２２】[0022]
【００２３】[0023]
【００２４】[0024]
【図１】本発明の一実施例を示すもので、（ａ）は平面
図、（ｂ）はその正面図である。FIG. 1 shows an embodiment of the present invention, wherein (a) is a plan view and (b) is a front view thereof.
【図２】分布屈折率型レンズアレイの製造手順を示す説
明図である。FIG. 2 is an explanatory view showing a procedure for manufacturing a distributed index lens array.
【図３】従来例を示す斜視図である。FIG. 3 is a perspective view showing a conventional example.
１０ ベース部材 １１ 発光素子 １２ 発光素子アレイ １３ 光ファイバ １４ 光ファイバアレイ １５ 屈折率分布 １６ レンズアレイ １７ 光ファイバ保持用溝 １８ レンズアレイ保持用溝 ２２ 透明部材 ２３ イオン透過防止用マスク ２４ 開口部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Base member 11 Light emitting element 12 Light emitting element array 13 Optical fiber 14 Optical fiber array 15 Refractive index distribution 16 Lens array 17 Optical fiber holding groove 18 Lens array holding groove 22 Transparent member 23 Ion permeation prevention mask 24 Opening
Claims (1)
た発光素子アレイとこの発光素子アレイの前記発光素子
と同間隔で光ファイバが配列された光ファイバアレイと
前記発光素子アレイと前記光ファイバアレイとの間に配
設されて前記発光素子及び前記光ファイバと同間隔の周
期で屈折率分布をもつレンズアレイとを備えた光モジュ
ールにおいて、結晶基板上に前記各光ファイバを保持す
る複数本の光ファイバ保持用溝とこの光ファイバ保持用
溝に対して直角をなし前記レンズアレイを保持するレン
ズアレイ保持用溝とを異方性エッチングの手法により形
成し、この結晶基板を型として光や熱により硬化する樹
脂により複製したベース部材を形成し、前記光ファイバ
アレイと前記レンズアレイと前記光素子アレイとをこれ
ら各々の光軸が同一平面内になるように前記ベース部材
上に配設したことを特徴とする光モジュール。1. A light emitting element array in which light emitting elements are arranged at predetermined intervals, an optical fiber array in which optical fibers are arranged at the same interval as the light emitting elements of the light emitting element array, the light emitting element array, and the optical fiber array And a lens array having a refractive index distribution at the same interval as the light emitting element and the optical fiber, the plurality of optical modules holding each optical fiber on a crystal substrate . a lens array holding groove for holding the lens array at a right angle with respect to the optical fiber holding groove and the optical fiber holding groove forms form <br/> by the method of the anisotropic etching, the crystal substrate Tree that cures by light or heat as a mold
Forming a base member duplicated with a fat, and disposing the optical fiber array, the lens array, and the optical element array on the base member such that their respective optical axes are in the same plane. Optical module.
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| JP04269889A JP3136205B2 (en) | 1992-10-08 | 1992-10-08 | Optical module and method of manufacturing lens array thereof |
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|---|---|
| JPH06118283A JPH06118283A (en) | 1994-04-28 |
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|---|---|
| JP (1) | JP3136205B2 (en) |
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1992
- 1992-10-08 JP JP04269889A patent/JP3136205B2/en not_active Expired - Fee Related
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