JP5337637B2 - 光モジュール及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、光配線（光インターコネクション）や光通信等に適した、コアとクラッドによる光導波路の構成を有する光モジュール、及び当該光モジュールの製造方法に関する。

近年の高速情報通信インフラの整備に伴い、大容量データの演算、蓄積、及び表示を行うデジタル関連機器が急速に発展してきている。この大容量データを扱うためには、電子機器内のボード間やボード上のチップ間等、比較的短距離の情報伝送において、信号伝送の高速化や信号配線の高密度化が要求される。しかしながら、電気信号を用いた配線では、配線の時定数による信号遅延やノイズ発生等の問題があるため、伝送速度の高速化や配線の高密度化にも限界がある。

こうした問題を解決するために、光信号を用いた光配線が注目されている。この光配線とは、光信号を伝送するために用いられる光伝送路であり、典型的には光導波路である。例えば、基板に実装された第１チップから第２チップへ信号を短距離伝送する場合、第１チップと第２チップとの間に光導波路で光配線を形成する。第１チップが出力する電気信号は、レーザ光に変調されて光導波路を伝搬した後、再び電気信号に復調されて第２チップへ出力される。

一般にチップ間等では、複数の電気信号の配線がパラレルに接続されている。従って、この複数の電気配線を光配線に置き換える場合には、電気配線と同数のチャンネル数（コア数、波長数等）で構成されるパラレル光配線が主に用いられる。このパラレル光配線の典型的な構造としては、複数のコア１１１を１つのクラッド１１２で覆ったカバークラッド構造による光導波路１１０が考えられる（図１８を参照）。

この微細及び集積化が要求される光配線においては、かさばるレンズの使用は避けられるため、レンズを使用しないで光導波路とレーザ光や受光素子とを結合するバットジョイントが主流となっている。このため、パラレル光配線においては、チャンネル間のクロストークへの対応が重要な課題となっている。

ここで、クロストークに関連する、光源からｚ方向へ光が伝搬する光導波路のコアへの光入射による励振メカニズムを説明する。
コアとクラッドと空気（エア）の分散特性は、下記式［１］で表される。なお、ｋｙは光導波路でのｙ方向の波数、ｋｚは光導波路での伝搬定数である。

コア、クラッド、及び空気の各領域において、自由空間での伝搬定数が、光導波路での伝搬定数ｋｚよりも大きいために、任意の方向に拡散するＦａｓｔ＿ｗａｖｅ（ｋｚ²＞
０，ｋｙ²＞０）の状態と、自由空間での伝搬定数が、光導波路での伝搬定数ｋｚよりも
小さいために、ｚ方向のみ拡散し伝搬するＳｌｏｗ＿ｗａｖｅ（ｋｚ²＞０，ｋｙ²＜０）の状態とが存在する。なお、実際にはＥｖａｎｅｃｅｎｔ＿ｗａｖｅ（ｋｚ²＜０，ｋｙ²＞０）という状態も存在するが、本発明と直接関連がないためここでは省略する。

コア、クラッド、及び空気の自由空間での伝搬定数をそれぞれｋcore 、ｋclad、及び
ｋairとすると、コア→クラッド→空気の順に屈折率は小さくなるのでｋcore＞ｋclad＞
ｋairとなる。

レーザのような点光源の場合は光源から全方向へ光が拡散するので、光源と光導波路のコアとを光軸ずれ無く結合したとしても、光導波路内での伝搬定数ｋｚは０〜ｋcoreをとり得る。このため、図１９に示す光源波長ω０でのコアとクラッドと空気の分散面の関係から、光源からコアへの光入射による励振光は、コア−クラッド境界面での全反射角度以下の小さな入射角度部分が寄与する〔Ａ〕ｋcore＞ｋｚ＞ｋcladの場合と、上記全反射角度以上でかつクラッド−空気境界面での全反射角度以下の大きな入射角度部分が寄与する〔Ｂ〕ｋclad＞ｋｚ＞ｋairの場合と、空気境界面での全反射角度以上の直角に近い入射
角度部分が寄与する〔Ｃ〕ｋair＞ｋｚの場合とに分けられる。

〔Ａ〕ｋcore＞ｋｚ＞ｋcladにおいては、コアＦａｓｔ＿ｗａｖｅ分散面の固有モードが強い光強度の自コア伝搬光（実線Ａ１）と、クラッドＳｌｏｗ＿ｗａｖｅ分散面のコアからクラッド側へ染み出してコア−クラッド境界面に沿って伝搬する極微弱なクラッド染み出し光（破線Ａ２）とが励振される。
〔Ｂ〕ｋclad＞ｋｚ＞ｋairにおいては、クラッドＦａｓｔ＿ｗａｖｅ分散面の固有モ
ードが弱い光強度のクラッド伝搬光（破線Ｂ１）と、クラッド伝搬光の他コアへの屈折光に当たるコアＦａｓｔ＿ｗａｖｅ分散面の極微弱な他コア伝搬光（実線Ｂ２）と、空気Ｓｌｏｗ＿ｗａｖｅ分散面のクラッドから空気側へ染み出してクラッド−空気境界面に沿って伝搬する極微弱な空気染み出し光（点線Ｂ３）とが励振される。
〔Ｃ〕ｋｚ＜ｋairにおいては、空気Ｆａｓｔ＿ｗａｖｅ分散面の拡散光（点線Ｃ１）
が励振されるが、空気中へ拡散するので伝搬には寄与しない。

上記の分散特性に基づいて、図１８に記載したカバークラッド構成のＣｈ１コアに光を入射した時の伝搬光プロファイルを、図２０に示す。図２０では、明るい箇所が白で暗い箇所が黒で階調表現されている。

図２０の（ａ）に示す２次元ＦＤＴＤ（Ｆｉｎｉｔｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｔｉｍｅ ｄｏｍａｉｎ）シミュレーション結果のように、強度的に無視できない成分として、Ｃｈ１コアには強い光強度の自コア伝搬光Ａ１が、カバークラッド全体には弱い光強度のクラッド伝搬光Ｂ１が、Ｃｈ２コア及びＣｈ３コアには微弱な光強度の他コア伝搬光Ｂ２が、空気領域へは拡散光Ｃ３が生じる。

図２０の（ｂ）に示す実験結果でも分かるように、ｋclad＞ｋｚ＞ｋairの伝搬定数の
伝搬光は、カバークラッドにおけるクラッド伝搬光Ｂ１よりもＣｈ２コア及びＣｈ３コアにおける他コア伝搬光Ｂ２の方が、光量が少ない。つまり、Ｃｈ１コアへの入射光による励振光の内、Ｃｈ１からＣｈ２やＣｈ３への光導波路内でクロストークとなる光は、クラッド伝搬光Ｂ１が最も大きく、他コア伝搬光Ｂ２の影響は小さい。このクラッド伝搬光Ｂ１が屈折しただけの他コア伝搬光Ｂ２の光量が、クラッド伝搬光Ｂ１よりも小さくなる理由は、他コア伝搬光Ｂ２の方がクラッド伝搬光Ｂ１よりも高調波である（波数ｋｙが大きい）ので、干渉による打ち消し効果が生じていると考えられる。但し、図２１に示すように、受光部を光導波路から離しすぎるとカバークラッドから直接クラッド伝搬光が入射されるため、光導波路−受光部間の光拡散によるクロストークの影響を受けるので注意が必
要である。

なお、上記２次元ＦＤＴＤシミュレーションは、各チャンネルのコアを幅３μｍ、間隔７μｍ、及び屈折率１．６に設定し、カバークラッドを幅２１μｍ及び屈折率１．４に設定し、光源波長を約８５０ｎｍに設定した。また、実験は、各チャンネルのコアを３５μｍ□、間隔２５０μｍ、及び屈折率約１．５３に設定し、カバークラッドを幅１０μｍ、膜厚１００μｍ、及び屈折率約１．５０に設定し、光源波長を約８５０ｎｍに設定した。

特開昭６０−２５４６９０号公報 特開平１１−３５２３４４号公報

このチャンネル間のクロストークを低減させる対策として、特許文献１に記載された技術が存在する。この特許文献１では、電気回路基板上の光源及び受光素子を光導波路に埋め込むことにより、光導波路と電気回路基板との一体化と、光源及び受光素子と光導波路との結合とを同時に実現している。そして、単数コアの場合は各チャンネルで異なる波長を用いて波長多重光伝送を行い、複数コアの場合は分画境界壁を用いてチャンネル毎に光導波路を独立させて光伝送を行うことにより、チャンネル間のクロストークを低減している。

また、チャンネル間のクロストークを低減させる対策として、特許文献２に記載された技術が存在する。この特許文献２には、複数の並列コアを有する光導波路の各コア間のクラッド部分にＶ溝、すなわち空気の溝を設けることにより、チャンネル間のクロストークを低減している。

しかしながら、上記特許文献１の技術では、複数コアの場合に分画境界壁を用いているもののクロストークは皆無ではないため、受光素子が様々な入射角度の光信号を受信してしまうという問題が残っている。

また、上記特許文献２では、Ｖ溝がクラッドの一部にしか設けられていないため、やはり完全にクロストークを無くすことができず、結果的に受光素子が様々な入射角度の光信号を受信してしまうという問題が残っている。

それ故に、本発明の目的は、受光素子が受光する光の入射角度を制限することで、パラレル光配線におけるチャンネル間のクロストークを低減する構造を有する光モジュール及び当該光モジュールの製造方法を提供することである。

本発明は、カバークラッド構造を用いた光モジュールに向けられている。そして、上記目的を達成するために、本発明の光モジュールは、複数の光源と、複数の受光部と、複数の光源と複数の受光部とを光軸を合わせて個別に光結合する複数のコアと、複数のコアを覆うクラッドで構成される光導波路とを備える。この複数の受光部のそれぞれは、光を受光する受光体と、コア内を伝搬してくる入射光の内、光導波路のＮＡで決まる角度を上限とする入射角範囲の光のみを受光体に誘導するための入射光ガイド部とを含んでいる。光導波路を実装する、光軸に対して法線方向に湾曲できる基板と、基板を固定する固定台とをさらに備えてもよい。

入射光ガイド部は、入射光が到来する方向に光軸を中心とする広がり角度を有し、かつ、先端の開口径がコアの最小幅以下である形状を有する、光反射機能を有するテーパ反射側面で構成される。この入射光ガイド部の広がり角度及び開口径は、光導波路のコア屈折率及びクラッド屈折率に基づいて導出する。又は、入射光ガイド部は、光導波路のコア屈折率の２乗とクラッド屈折率の２乗との差分を平方根した値以下の屈折率を有する透明材料で形成され、かつ、入射光が到来する方向に光軸に垂直な平面を有する、入射角度に基づいて光の通過を選択する角度選択ミラーで構成される。なお、この場合、テーパ反射側面の少なくとも先端部分及び角度選択ミラーの光軸に垂直な平面は、コアの内部に埋め込まれているか、コアの端面に当接している必要がある。

典型的な受光体は、受光した光を電荷に変換する光電変換部と、光電変換部で生じる電荷を集める電極対とを備える。光電変換部は、ＰＮ接続型半導体であってもよいし、透明で導電特性を有する有機ホスト材料と、当該有機ホスト材料中に分散された使用波長を吸収して電荷を発生する有機色素とで構成されてもよい。後者の場合、有機ホスト材料がコアと同じ材料であることが望ましい。

上記本発明によれば、カバークラッド構成であっても自チャンネルの光のみ受光し、他チャンネルの光は受光しない。従って、パラレル光配線におけるチャンネル間のクロストークを低減することができる。

本発明の第１〜第３の実施形態に係る光モジュール１〜３の構造例を示す斜視図 図１の点ａにおける光モジュール１のｘ−ｙ断面図 図１の点ｂにおける光モジュール１のｙ−ｚ断面図 図１の点ｃにおける光モジュール１のｘ−ｚ断面図 光モジュール１における受光部１４の構造例及び受光部１４とコア１１との位置関係を説明する図 テーパ反射側面１４１における光の反射を説明する図 光導波路１０の分散特性を説明する図 チャンネル間のクロストークを低減できる理由を説明する図 受光部１４とコア１１との他の位置関係を説明する図 図１の点ａにおける光モジュール２のｘ−ｙ断面図 図１の点ｂにおける光モジュール２のｙ−ｚ断面図 図１の点ｃにおける光モジュール２のｘ−ｚ断面図 光モジュール２における受光部１４の構造例及び受光部１４とコア１１との位置関係を説明する図 光モジュール１の光導波路１０の分散特性を説明する図 チャンネル間のクロストークを低減できる理由を説明する図 受光部１４とコア１１との他の位置関係を説明する図 図１の点ｂにおける光モジュール３のｙ−ｚ断面図 受光部１４の他の構造例を示す図 本発明の光モジュールの製造プロセスの一例を説明する図 本発明の光モジュールの製造プロセスの他の一例を説明する図 図１５及び図１６の製造プロセスで用いるダイシング又は金型成型による加工方法の概要図 カバークラッド構造による一般的な光導波路１１０の構造を説明する図 光導波路１１０の分散特性を説明する図 光導波路１１０の伝搬光プロファイルの概要図 光導波路１１０で生じるクロストークを説明する図

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
＜第１の実施形態＞
図１及び図２Ａ〜図２Ｃは、本発明の第１の実施形態に係る光モジュール１の構造を説明する図である。図１は、光モジュール１の斜視図を示す。図２Ａは、図１の点ａにおける光モジュール１のｘ−ｙ断面図を、図２Ｂは、図１の点ｂにおける光モジュール１のｙ−ｚ断面図を、図２Ｃは、図１の点ｃにおける光モジュール１のｘ−ｚ断面図を、それぞれ示す。

この第１の実施形態に係る光モジュール１は、固定台３１及び３２によって固定された基板２０上に光導波路１０が実装された構造である。光導波路１０は、単一のクラッド１２内に３つのコア１１が形成されており、さらに各コア１１内には光源１３及び受光部１４が対向する位置でそれぞれ埋め込まれている。

光源１３と受光部１４とは、光軸が一致している。基板２０は、この光軸を含む面の法線方向に湾曲できるフレキシブル基板が好ましい。単一のクラッド１２内に形成されるコア１１の数は、３つ以外であっても構わない。また、各光源１３及び各受光部１４には、それぞれ電気信号配線２１及び２２が接続されるが、本発明の主眼ではないため詳しい図示や説明を省略する。

図３は、本発明の特徴である受光部１４の構造、及び受光部１４とコア１１との位置関係を説明する図である。
受光部１４は、テーパ反射側面１４１と、遮光部１４２と、受光体１４３とで構成される。遮光部１４２は、受光体１４３が実際に光を受ける有効受光部分１４４を決定する。テーパ反射側面１４１は、光反射機能を有し、コア１１内を伝搬してくる入射光の内、光導波路１０のＮＡ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ａｐｅｒｔｕｒｅ）で決まる角度θ_0Cを上限とする入射角範囲の光のみを受光体１４３に誘導するための入射光ガイド部である。このテーパ反射側面１４１は、入射光が到来する方向（光源１３の方向）に光軸を中心とする広がり角度を有して、有効受光部分１４４の周囲に設置される。テーパ反射側面１４１の先端の開口径は、コア１１の最小幅（又は最小径）以下に設計される。

受光体１４３は、典型的には、導電性の透明電極からなるアノード電極１４３ｂ、受光部分であるＰ層１４３ｃ、空乏層１４３ｄ、Ｎ層１４３ｅ、Ｎ＋層１４３ｆ、及びカソード電極１４３ｇから構成されるＰＮ接続型半導体である。なお、遮光部１４２が金属材料である場合には、遮光部１４２とアノード電極１４３ｂとの間に絶縁膜１４３ａが形成される。また、アノード電極１４３ｂは、有効受光部分１４４よりも面積が大きいことが望ましい。

次に、上述したテーパ反射側面１４１を備えた受光部１４の構造によって、カバークラッド構成におけるチャンネル間のクロストークを低減できるメカニズムを、図４をさらに使用して説明する。図４は、テーパ反射側面１４１の分散特性を説明する図である。

図４の例では、ｘ−ｈ平面において（但し、ｈ方向は−ｚ方向）、ｘ−ｈ平面の原点ｏを有効受光部分１４４の中心とし、かつ有効受光部分１４４の幅を２ｄとして、テーパ反射側面１４１のテーパが、ｘ＝ｆ（ｈ）＝ｈ×ｔａｎθ₁＋ｄ及びｘ＝−ｆ（ｈ）＝−ｈ
×ｔａｎθ₁−ｄの関数で表現される場合での多重反射の２次元モデルを使用して、角度
θ_0Cを導出する。

光軸（ｈ軸）に対して入射角αで入射された光３３の、第ｍ回反射時における反射位置（ｈ_m，ｆ（ｈ_m））の漸近式及び光の反射角β_m（−ｈ軸とのなす角度）は、次式［２］
で表される。この式［２］から、反射回数が増えるに伴って反射角が大きくなることが分かる。

従って、第ｍ回目の反射において光３３の反射位置が有効受光部分１４４に達せず（ｈ_m＞０）、かつ、反射角β_mが９０度以上になれば、光３３はテーパ反射側面１４１の外へ反射され、有効受光部分１４４に受光されない。すなわち、次式［３］が有効受光部分１４４に受光されない条件となる。

そして、有効受光部分１４４に受光される最大入射角α_maxが角度θ_0C以下となる条件
は、式［３］の下式から次式［４］のように得られる。

ここで、テーパ反射側面１４１のテーパの形状関数ｆ（ｈ）が、図３のように線形：ｆ'（ｈ_i）＝ｔａｎθ₁（θ₁：テーパ反射側面の広がり角）である場合、上式［４］は次式［５］となる。但し、ｓｉｎθ_0C＝√（ｎcore²−ｎclad²）である。

一方、ｈ_mは、式［３］の上式から得られるｍ次元連立方程式から帰納的に求められ、
例えば、ｍ＝２の場合にはｈ₂を求める２次元連立方程式は次式［６］となる。

ところで、入射光の入射角度がα≦θ₁の場合は、テーパの長さＨによらず無反射で受
光され、一方、α≧α_maxの場合は受光されない。よって、テーパ反射側面１４１での多
重反射により問題とする入射角範囲θ_0C≧α_max≧α＞θ₁では、テーパ反射側面１４１に入射されない遮断光３８と入射される入射光との境界である限界入射光３７の入射位置（Ｈ，−ｄ−Ｈｔａｎθ₁）は、（ｈ₀，ｆ（ｈ₀））となる。

従って、２回目（ｍ＝２）の多重反射におけるテーパの受光位置ｈ₂は、次式［７］で
表される。

そして、式［３］の上式からｈ₂＞０となり、テーパ反射側面１４１の長さＨは次式
［８］となる。

さらに、θ_0C≧α_max≧α＞θ₁より、次式［９］が最終的に得られる。

これらの数式を用いて具体的に計算すると、ｎcore＝１．６、ｎclad＝１．５、ｄ＝１５μｍの場合、θ_0C＝３３．８ｄｅｇ、θ₁≧１４．０ｄｅｇ、Ｈ＞１４．３μｍと言う
値が得られる。

なお、上記例では多重反射が２回である場合を説明したが、ｍの値が大きいほど広がり角θ₁は小さくなるので、プロセスの困難性等を考慮して形状の最適化を行えばよい。ま
た、テーパ反射側面１４１のテーパの形状関数ｆ（ｈ）は、線形以外にもトランペット形状やおわん形状のような曲線であってもよい。この場合、関数ｆ（ｈ）を置き換えることで、線形の場合と同様に受光条件を計算できる。

上述した条件に従ってテーパ反射側面１４１を形成すると、以下のようにチャンネル間のクロストークを低減することができる。
まず、自チャンネルのコア１１を伝搬してくる自コア伝搬光Ａ１は、入射角度がＮＡで決まる角度θ_0C以下である。よって、テーパ反射側面１４１に入射される自コア伝搬光Ａ１の内、α≦α_max（≦θ_0C）を満足する光は受光体１４３で受光され、α_max＜α＜θ_0Cを満足する光はテーパ反射側面１４１の外部へ反射されて受光体１４３で受光されない。

次に、クラッド伝搬光Ｂ１（例えば、図５及び図６の平面波（１））が屈折入射する他コア伝搬光Ｂ２（同図の平面波（２））は、クロストークの影響が少ないコア１１内に受光部１４の有効受光部分１４４を埋め込むことに加え、テーパ反射側面１４１を設けて受光角度制限行うことでより効果が上がる。すなわち、他コア伝搬光Ｂ２は、入射角度がＮＡで決まる角度θ_0C以上なので、テーパ反射側面１４１に入射される光は、必ず最大受光角以上（α≧θ_0C≧α_max）となり、テーパ反射側面１４１の外部へ反射されて（同図の
平面波（３））、クラッド伝搬光Ｂ１（同図の（４））となり、受光体１４３で受光されない。

以上のように、本発明の第１の実施形態に係る光モジュール１によれば、上記式［５］及び式［９］を満足するテーパ反射側面１４１を受光部１４に形成すると共に、受光部１４の有効受光部分１４４をコア１１内に埋め込む。これにより、カバークラッド構成であっても自チャンネルの光のみ受光し、他チャンネルの光は受光しないクロストークの無いパラレル光配線を実現することができる。

なお、本発明の第１の実施形態では、受光部１４のテーパ反射側面１４１がコア１１内に埋め込まれる構造を説明したが、テーパ反射側面１４１の径がコア１１の幅以下であれば、テーパ反射側面１４１の全体をコア１１内に埋め込む必要はない。テーパ反射側面１４１の少なくとも先端部分が、コア１１の内部に埋め込まれているか、コア１１の端面に当接（図７を参照）していればよい。

＜第２の実施形態＞
本発明の第２の実施形態に係る光モジュール２の斜視図は、図１と同様である。図８Ａは、図１の点ａにおける光モジュール２のｘ−ｙ断面図を、図８Ｂは、図１の点ｂにおける光モジュール２のｙ−ｚ断面図を、図８Ｃは、図１の点ｃにおける光モジュール１のｘ−ｚ断面図を、それぞれ示す。

図９は、本発明の特徴である受光部１４の構造、及び受光部１４とコア１１との位置関係を説明する図である。
受光部１４は、遮光部１４２と、受光体１４３と、角度選択ミラー１４５とで構成される。遮光部１４２は、受光体１４３が実際に光を受ける有効受光部分１４４を決定する。角度選択ミラー１４５は、コア１１内を伝搬してくる入射光の内、光導波路１０のＮＡで決まる角度θ_0Cを上限とする入射角範囲の光のみを受光体１４３に誘導するための入射光ガイド部である。この角度選択ミラー１４５は、コア１１の屈折率の２乗とクラッド１２の屈折率の２乗との差分を平方根した値以下の屈折率を有する透明材料で形成され、かつ光軸に垂直な平面を光入射側に有した状態で有効受光部分１４４に対応させて設けられる。

次に、上述した角度選択ミラー１４５を備えた受光部１４の構造によって、カバークラ
ッド構成におけるチャンネル間のクロストークを低減できるメカニズムを、図１０及び図１１をさらに使用して説明する。

まず、自チャンネルのコア１１を伝搬してくる自コア伝搬光Ａ１は、屈折率ｎ₁（＜√
（ｎcore²−ｎclad²））である角度選択ミラー１４５とコア１１の光軸に垂直なｋｙ方向の境界面とでは、kclad＞｜ｋｙ｜である。よって、角度選択ミラー１４５へ入射される
自コア伝搬光Ａ１の内、｜ｋｙ｜＜ｋ１を満足する光は角度選択ミラー１４５を通過して受光体１４３で受光され、｜ｋｙ｜＝ｋ１を満足する光は境界面に沿って伝搬する表面波なので受光体１４３で受光されず、またｋclad＞｜ｋｙ｜＞ｋ１を満足する光は全反射されるので受光体１４３で受光されない。

すなわち、ｓｉｎθ_0C＝√（ｎcore²−ｎclad²）で定義される光導波路１０のＮＡで決まる角度θ_0Cは、次式［１０］のように、有効受光部分１４４での上限受光角γ_max以上
となるので、有効受光部分１４４を通過できるのは、｜ｋｙ｜＜ｋ１を満足する自コア伝搬光Ａ１のみである。

次に、クラッド伝搬光Ｂ１（例えば、図１０及び図１１の平面波（１））が屈折入射する他コア伝搬光Ｂ２（同図の平面波（２））は、クロストークの影響が少ないコア１１内に受光部１４の角度選択ミラー１４５を埋め込むことに加え、角度選択ミラー１４５を設けて受光角度制限行うことでより効果が上がる。すなわち、他コア伝搬光Ｂ２は、屈折率ｎ₁（＜√（ｎcore²−ｎclad²））の角度選択ミラー１４５とコア１１の光軸に垂直なｋ
ｙ方向の境界面とでは｜ｋｙ｜＞√（ｋcore²−ｋclad²）であるので、角度選択ミラー１４５の表面で反射される平面波（３）と角度選択ミラー１４５の表面上に沿って伝搬する表面波（５）や（５）’とだけに結合するので、受光体１４３で受光されない。言い換えれば、ＮＡで決まる角度θ_0C以上の他コア伝搬光Ｂ２は、θ_0C＞γ_maxを満足するので角
度選択ミラー１４５を通過できない。

以上のように、本発明の第２の実施形態に係る光モジュール２によれば、コア１１の屈折率の２乗とクラッド１２の屈折率の２乗との差分を平方根した値以下の屈折率を有する角度選択ミラー１４５を受光部１４に形成すると共に、受光部１４の角度選択ミラー１４５をコア１１内に埋め込む。これにより、カバークラッド構成であっても自チャンネルの光のみ受光し、他チャンネルの光は受光しないクロストークの無いパラレル光配線を実現することができる。

なお、上記第２の実施形態では、受光部１４の角度選択ミラー１４５がコア１１内に埋め込まれる構造を説明したが、角度選択ミラー１４５とコア１１とが光学結合されていれば、角度選択ミラー１４５の全体をコア１１内に埋め込む必要はない。角度選択ミラー１４５の少なくとも光軸に垂直な平面が、コア１１の内部に埋め込まれているか、コア１１の端面に当接（図１２を参照）していればよい。

＜第３の実施形態＞
図１３は、本発明の第３の実施形態に係る光モジュール３のｙ−ｚ断面図を示す図である。図１３に示す光モジュール３は、上記光モジュール１及び２の半導体構造の受光体１４３を、透明で導電特性を有する有機ホスト材料とこの有機ホスト材料中に分散された使用波長を吸収して電荷を発生する有機色素１４６に置き換えたものである。

この光モジュール３では、有機色素１４６が派生した電荷を抽出する電極１４７を設ける必要がある。また、有機ホスト材料は、透明で導電特性を有することに加え、コア１１と同じ材料が望ましいため、ポリシラン等が用いられる。

この第３の実施形態のように、有機色素１４６を用いた受光部１４で本発明の光モジュールを構成しても、カバークラッド構成でクロストークの無いパラレル光配線を実現することができる。

＜受光部１４の構成例＞
パラレル光配線の光モジュールでは、Ｎ個のコア１１に対してそれぞれ対応したＮ個の受光部１４が設けられる。このＮ個の受光部１４の構造としては、図２Ｃや図８Ｃに示すように各受光部１４が別個独立している構造でもよいし、図１４に示すようにＮ個の受光部１４を一体化した構造であってもよい。後者の場合、各受光体１４３を電気的に分離するためにブロック層１４８が設けられる。もちろん、テーパ反射側面１４１は、角度選択ミラー１４５であってもよい。

＜光モジュールの製造プロセス例＞
図１５は、上述した光モジュールの製造プロセスの一例を説明する図である。
第１ステップ：固定台３１及び３２に固定された基板２０の表面上に、樹脂又はガラスのクラッド層１２ａを形成する。図１５の（ａ）。このクラッド層１２ａは、スピンコート、射出成型、又はスキージ等により形成する。
第２ステップ：クラッド層１２ａ上にＮ対の光源１３と受光部１４とを並列配置する。また、同時に電気信号配線２１及び２２を敷設する。図１５の（ｂ）。
第３ステップ：クラッド層１２ａの表面、光源１３、及び受光部１４を一体的に覆う樹脂製コア層１１ａを形成する。図１５の（ｃ）。このコア層１１ａは、スピンコート、射出成型、スキージ等、又は既存フィルムの積層により形成する。
第４ステップ：コア層１１ａに溝１１ｂを設け、光源１３及び受光部１４が埋め込まれたコア１１をＮ個形成する。また、各コア１１の側面を鏡面化する。図１５の（ｄ）。
第５ステップ：コア１１を覆うクラッド１２を形成する。図１５の（ｅ）。

上記第１及び第２ステップは、次のように手順を代えてもよい。
第１ステップ：固定台３１及び３２に固定された基板２０の表面上に、Ｎ対の光源１３と受光部１４とを並列配置する。また、同時に電気信号配線２１及び２２を敷設する。図１６の（ａ）。
第２ステップ：基板２０の表面上に、光源１３の発光部及び受光部１４の入射光ガイド部（テーパ反射側面１４１又は角度選択ミラー１４５）よりも低い樹脂又はガラスのクラッド層１２ａを形成する。このクラッド層１２ａは、スピンコート、射出成型、又はスキージ等により形成する。図１６（ｂ）。
第３、第４、及び第５ステップは、上述した手順と同じである。図１６の（ｃ）〜（ｅ）。

但し、第４ステップにおける樹脂製コア層１１ａの加工方法は、光導波路１０の最終形態によって多少異なる。光源１３及び受光部１４がチャンネル毎に独立する最終形態である場合は、図１７に示すダイシング加工又は金型成型加工だけでなく、マスクを使用したエッチング、電子ビームやイオンビームを用いた選択的エッチング等の物理的加工や、マスクを使用して紫外線等の電磁波をコアの部分（又はコア以外の部分）に照射することで、照射部分の屈折率を増加（又は低下）させる化学的加工が有効である。一方、光源１３及び受光部１４がアレー発光部及びアレー有効受光部を有する最終形態である場合は、上述した物理的加工及び化学的加工共に有効である。

なお、Ｎ個のコア１１によってＮ対の光源１３と受光部１４とがユニークに光結合されたアレー部品が予め用意されている場合には、基板２０の表面上にアレー部品を載置して電気信号配線２１及び２２を敷設する第１ステップと、アレー部品を覆うクラッド１２を形成する第２ステップとで済むことになる。

以上のように、入射光ガイド部（テーパ反射側面１４１又は角度選択ミラー１４５）を有する受光部１４を備えた本発明の光モジュール１〜３は、チャンネル間のクロストークを低減できるので、光モジュールの製造プロセスにおいてコア間に溝や壁を成形するステップを省けるという利点がある。

本発明の光モジュールは、光配線や光通信等に利用可能であり、特にパラレル光配線におけるチャンネル間のクロストークを低減したい場合等に有用である。

１、２、３ 光モジュール
１０、１１０ 光導波路
１１、１１１ コア
１２、１１２ クラッド
１３ 光源
１４ 受光部
１４１ テーパ反射側面
１４２ 遮光部
１４３ 受光体
１４４ 有効受光部分
１４５ 角度選択ミラー
１４６ 有機色素
１４７ 電極
１４８ ブロック層
２０ 基板
２１、２２ 電気信号配線
３１、３２ 固定台
３３、３４、３８ 光

Claims (11)

1. カバークラッド構造を用いた光モジュールであって、
   複数の光源と、
   複数の受光部と、
   前記複数の光源と前記複数の受光部とを光軸を合わせて個別に光結合する複数のコアと、当該複数のコアを覆うクラッドで構成される光導波路とを備え、
   前記複数の受光部のそれぞれは、
   光を受光する受光体と、
   前記コア内を伝搬してくる入射光の内、前記光導波路のＮＡで決まる角度を上限とする入射角範囲の光のみを前記受光体に誘導するための入射光ガイド部とを含んでいる、光モジュール。
2. 前記入射光ガイド部は、入射光が到来する方向に前記光軸を中心とする広がり角度を有し、かつ、先端の開口径が前記コアの最小幅以下である形状を有する、光反射機能を有するテーパ反射側面で構成される、請求項１に記載の光モジュール。
3. 前記入射光ガイド部の広がり角度及び開口径が、前記光導波路のコア屈折率及びクラッド屈折率に基づいて導出される、請求項２に記載の光モジュール。
4. 前記入射光ガイド部は、前記光導波路のコア屈折率の２乗とクラッド屈折率の２乗との差分を平方根した値以下の屈折率を有する透明材料で形成され、かつ、入射光が到来する方向に前記光軸に垂直な平面を有する、入射角度に基づいて光の通過を選択する角度選択ミラーで構成される、請求項１に記載の光モジュール。
5. 前記テーパ反射側面の少なくとも先端部分が、前記コアの内部に埋め込まれている又は前記コアの端面に当接している、請求項２に記載の光モジュール。
6. 前記角度選択ミラーの前記光軸に垂直な平面が、前記コアの内部に埋め込まれている又は前記コアの端面に当接している、請求項４に記載の光モジュール。
7. 前記受光体は、
   受光した光を電荷に変換する光電変換部と、
   前記光電変換部で生じる電荷を集める電極対とを備える、請求項１に記載の光モジュール。
8. 前記光電変換部は、ＰＮ接続型半導体である、請求項７に記載の光モジュール。
9. 前記光電変換部は、透明で導電特性を有する有機ホスト材料と、当該有機ホスト材料中に分散された使用波長を吸収して電荷を発生する有機色素とで構成される、請求項７に記載の光モジュール。
10. 前記有機ホスト材料が前記コアと同じ材料である、請求項９に記載の光モジュール。
11. 前記光導波路を実装する、前記光軸に対して法線方向に湾曲できる基板と、
    前記基板を固定する固定台とをさらに備える、請求項１に記載の光モジュール。