WO2014034458A1 - 光モジュールと光コネクタとの接続構造 - Google Patents

光モジュールと光コネクタとの接続構造 Download PDF

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清水　隆徳
小倉　一郎
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日本電気株式会社
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    • G02B2006/12107—Grating

Definitions

  • the present invention relates to a connection structure between an optical module and an optical connector.
  • optical module Silicon photonics technology
  • Non-Patent Document 1 as a connection structure between such an optical module and an optical fiber, a 45-degree mirror and an optical fiber are integrated on the surface of an optical module in which a lens is provided on a surface-emitting / receiving optical element. A structure for connecting an optical connector is disclosed.
  • Non-Patent Document 2 as an optical connection structure in which an optical waveguide using a silicon-based material such as silicon or silicon nitride as a waveguide core is connected in the vertical direction to the optical module, a diffraction grating is formed on the optical waveguide side,
  • a structure is disclosed in which the optical fiber is tilted about 10 degrees and connected to the optical module.
  • Non-Patent Document 3 also discloses a structure in which converted optical axes are inclined with respect to a vertical direction, and diffraction gratings having the same structure are connected to each other so that their optical axes are aligned.
  • an object of the present invention is to provide a connection structure between an optical module and an optical connector that can be easily and surely worked and can save space when connecting an optical fiber and an optical module. It is.
  • the present invention employs the following means in order to solve the above problems. That is, the present invention includes an optical module having a first optical waveguide formed along the surface of a substrate, a second optical waveguide optically coupled to the first optical waveguide, and the light And an optical connector mechanically connected to the module, wherein the optical module is provided at a connection surface to which the optical connector is connected and an end of the first optical waveguide, A first diffraction grating that converts an optical axis direction of one optical waveguide to a direction toward an opposing surface of the optical connector, wherein the second optical waveguide is connected to the optical connector in the optical connector.
  • the optical connector is provided at an end portion of the second optical waveguide, and the optical axis direction of the second optical waveguide is set along the connection surface of the optical module.
  • Direction to A second diffraction grating for conversion wherein the optical module and the optical connector are mechanically connected in a state where the opposing surface of the optical connector is opposed to the connection surface of the optical module.
  • the second diffraction grating are optically coupled to face each other.
  • the first diffraction grating and the second diffraction grating face each other in a state where the optical module and the optical connector are mechanically connected with the connection surface of the optical module facing the connection surface. I tried to do it.
  • the first optical waveguide of the optical module and the second optical waveguide of the optical connector are optically coupled via the first diffraction grating and the second diffraction grating.
  • the second diffraction grating and the second optical waveguide are provided in the optical connector, it is only necessary to connect the optical connector to the optical module, and these connection operations can be performed easily and reliably. it can.
  • the second optical waveguide is provided along the facing surface facing the connection surface in the optical connector, space saving can be achieved.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a connection structure between the optical module 20A and the optical connector 30A.
  • a plate-shaped optical connector 30A is opposed to a connection surface 20a formed on one surface of the optical module 20A, and these are mechanically detachably connected. Is done.
  • an optical module 20A includes a substrate 21 made of silicon or the like, an optical waveguide (first optical waveguide) 22 formed on the substrate 21, a driver IC (Integrated Circuit) 23, And a module mold 24 made of resin that covers the substrate 21, the optical waveguide 22, and the driver IC 23.
  • the substrate 21 may be formed using an SOI (Silicon on Insulator) substrate.
  • the core layer (first core portion) 22 a of the optical waveguide 22 is formed in parallel with the surface 21 a of the substrate 21.
  • the core layer 22a is made of, for example, silicon, and has a linearly continuous optical waveguide core 25, a diffraction grating (first diffraction grating) 26, a tapered waveguide core 27, an optical active element 28, and a light emitting element 29. And are provided.
  • the core layer 22a is covered with a clad layer (first clad portion) 22b made of silicon dioxide or the like.
  • the diffraction grating 26 has a rectangular shape in plan view, for example, and is provided at the tip of the optical waveguide core 25.
  • the diffraction grating 26 has a width larger than the width of the optical waveguide core 25.
  • the diffraction grating 26 diffracts light propagated in a direction parallel to the surface 21a of the substrate 21 via the optical waveguide core 25 and the tapered waveguide core 27, and the optical axis direction of the optical connector 30A is diffracted. The light is converted to a direction toward the facing surface 30a, and the light whose optical axis direction is converted is emitted from the connection surface 20a.
  • the tapered waveguide core 27 is provided between the optical waveguide core 25 and the diffraction grating 26, and is formed so that the core width gradually increases in a tapered shape from the optical waveguide core 25 toward the diffraction grating 26.
  • the optical active element 28 is provided in an intermediate portion of the optical waveguide core 25.
  • a driver IC 23 is flip-mounted on the optical active element 28, and the optical active element 28 and the driver IC 23 are electrically connected via connection bumps 261 made of solder or the like. Connected.
  • the light emitting element 29 is disposed on the outer peripheral edge of the substrate 21 and connected to the base end of the optical waveguide core 25.
  • two or more optical waveguide cores 25 are provided in an array, and the optical waveguide cores 25 extend in parallel to each other, and the tapered waveguide core 27, the diffraction grating, and the like. 26 are arranged in parallel in the direction along the connection surface 20a of the optical module 20A.
  • the plurality of optical waveguide cores 25 are connected to one light emitting element 29.
  • the optical module 20A is formed with two or more fitting pins (engaging portions) 50 protruding from the connection surface 20a in a direction orthogonal to the connection surface 20a.
  • the fitting pins 50 are disposed on both sides of the board 21.
  • the fitting pin 50 may have, for example, a tapered shape whose outer diameter gradually decreases as it goes to the tip.
  • the optical connector 30A includes an optical waveguide (second optical waveguide) 31 provided so as to continue along the facing surface 30a on the side facing the optical module 20A, and the optical waveguide 31. And a connector mold 32 for covering.
  • the optical waveguide 31 includes a linearly continuous optical waveguide core 33, a tapered waveguide core 34, and a diffraction grating (second diffraction grating) 35 on a core layer (second core portion) 31a. Yes.
  • the core layer 31a is covered with a clad layer (second clad portion) 31b.
  • the optical waveguide core 33 is desirably formed using a flexible waveguide having flexibility.
  • the optical waveguide 31 is preferably formed by using a polymer material in which the core layer 31a and the clad layer 31b have different refractive indexes (refractive index of the clad layer 31b ⁇ refractive index of the core layer 31a) or the like.
  • the optical waveguide core 33 can also be formed using an optical fiber.
  • the optical waveguide cores 33 can be compared with each other as compared with the optical fiber.
  • the spacing can be designed relatively freely, and the optical waveguide core 33 and the cladding layer 31b can be bent freely, so that the fixing strength of the optical connector 30A can be relaxed. Needless to say, the optical connector 30A may be connected to an optical fiber.
  • the tapered waveguide core 34 is provided between the optical waveguide core 33 and the diffraction grating 35, and is formed such that the core width gradually increases in a tapered shape from the optical waveguide core 33 toward the diffraction grating 35.
  • the diffraction grating 35 has, for example, a rectangular shape in plan view, and is provided at the tip of the optical waveguide core 33 via a tapered waveguide core 34.
  • the diffraction grating 35 has a width dimension larger than the width of the optical waveguide core 33.
  • the core diameter of the optical waveguide core 33 may be equal to or larger than the width of the diffraction grating 35.
  • the diffraction grating 35 diffracts light incident from the outside and converts the optical axis direction into a direction in which the tapered waveguide core 34 and the optical waveguide core 33 are continuous.
  • a fitting hole (engaged portion) 51 into which each fitting pin 50 of the optical module 20A is inserted is formed in the facing surface 30a facing the connection surface 20a of the optical module 20A.
  • the diffraction grating 26 converts the optical signal propagated through the core layer 22a of the optical waveguide 22 into a diffracted light by converting the optical axis thereof.
  • the diffraction grating 35 has a function of coupling diffracted light to the core layer 31 a of the optical waveguide 31.
  • the diffraction gratings 26 and 35 are separated from each other, the beam diameter is widened and the optical coupling efficiency is lowered. For this reason, it is preferable to give the diffraction gratings 26 and 35 a condensing function.
  • the diffracted light can be collimated (parallel) light or condensed light, and even if the diffraction gratings 26 and 35 are separated from each other, optical coupling between them becomes easy.
  • the diffracted light it is determined whether the diffracted light is collimated light or condensed light depending on the refractive index difference between the core layers 22a and 31a of the optical waveguides 22 and 31 and the clad layers 22b and 31b. It is possible to select appropriately within the design range.
  • the shapes of the diffraction gratings 26 and 35 are obtained by using a time domain difference method (Finite Difference Time Domain, FDTD) or the like.
  • FDTD Time Domain Time Domain
  • the path length of light changes as light passes through the diffraction gratings 26 and 35, and the shape of the diffraction gratings 26 and 35 is changed based on the resulting time difference until the light reaches. This is a known technique for determining.
  • the pitch of the diffraction gratings 26 and 35 the optical axis of the diffracted light is tilted (for example, about 10 degrees) in order to suppress the influence of reflection, and the diffraction efficiency of the optical signal propagated through the core layers 22a and 31a is increased.
  • Non-Patent Document 4 T.A. Suhara et al. , IEEE Journal of Quantum Electronics, Volume QE22, No. 6, pp. 845-867 June 1986 (FIG. 23)
  • continuous light output from the light emitting element 29 of the optical module 20 ⁇ / b> A propagates through the optical waveguide 22 and is modulated by the optical active element 28 according to the electric signal from the driver IC 23.
  • the modulated light reaches the diffraction grating 26 as an optical signal S1 through the optical waveguide core 25 and the tapered waveguide core 27.
  • the optical axis direction of the optical signal S1 is converted, and the optical signal S2 within the range of the optical field 41 is output from the optical module 20A along the optical axis 4 intersecting the connection surface 20a at a predetermined angle. Is done.
  • the optical signal S2 output from the optical module 20A reaches the diffraction grating 35 of the optical connector 30A, and the optical axis direction is converted into an optical signal S3.
  • the optical signal S3 is output to the outside via the tapered waveguide core 34 and the optical waveguide core 33 that constitute the optical waveguide 31.
  • the diffraction grating 26 is provided in the optical waveguide 22 of the optical module 20A, and the diffraction grating 35 is provided in the optical waveguide 31 of the optical connector 30A, so that the optical module 20A and the optical connector 30A are mechanically connected.
  • the diffraction gratings 26 and 35 are optically coupled in a state of facing each other. Thereby, the optical signal S2 emitted from the optical module 20A through the diffraction grating 26 is converted in the optical axis direction in the diffraction grating 35 on the optical connector 30A side, and the converted optical signal is opposed to the optical connector 30A. It propagates through the optical waveguide 31 that continues in the direction along 30a.
  • the optical waveguide 31 of the optical connector 30A can be pulled out in the direction along the connection surface 20a with respect to the connection surface 20a of the optical module 20A. Therefore, space saving around the connecting portion between the optical module 20A and the optical connector 30A can be achieved. Further, since the optical waveguide 31 is incorporated in the optical connector 30A, the work can be easily and reliably performed.
  • the diffraction gratings 26 and 35 are separated by at least the thickness of the driver IC 23.
  • the diffraction gratings 26 and 35 have a condensing function, reliable optical coupling is possible even if the diffraction grating 26 of the optical module 20A and the diffraction grating 35 of the optical connector 30A are separated.
  • the optical waveguide 22 of the optical module 20A and the optical waveguide 31 of the optical connector 30A can be separated from each other, so that the light emitting element 29, other driving elements, etc. are not limited to the driver IC 23.
  • the optical connector 30A can be disposed on the optical module 20A mounted on the substrate 21. As a result, the degree of freedom in design increases, and the area of the package that combines the optical module 20A and the optical connector 30A can be reduced.
  • the refractive index structure (refractive index ratio) between the diffraction grating 35 and the tapered waveguide core 34 of the core layer 31a of the optical connector 30B and the surrounding cladding layer 31b is the diffraction grating 26 of the optical module 20B.
  • the refractive index structure (refractive index ratio) of the tapered waveguide core 27 and the surrounding cladding layer 22b is the same. That is, in the optical connector 30B and the optical module 20B, the diffraction grating 35 and the diffraction grating 26, the tapered waveguide core 34 and the tapered waveguide core 27, and the cladding layer 31b and the cladding layer 22b are formed of the same refractive index material. It is. Of course, different materials may be adopted as long as they have the same refractive index, but it is easy to form with the same material.
  • the optical waveguide 31 of the optical connector 30B and the optical waveguide 22 of the optical module 20B are free from the influence of refraction at the boundary surface of each part due to the difference in refractive index. Becomes easy.
  • the cladding layers 22b and 31b are formed in regions facing the light signal exit surface 26a of the diffraction grating 26 of the optical module 20C and the light signal entrance surface 35a of the diffraction grating 35 of the optical connector 30C, respectively.
  • a gap (first recess) 61 and a gap (second recess) 62 that are notched to expose the exit surface 26a and the entrance surface 35a of the diffraction gratings 26 and 35 are formed.
  • the diffraction gratings 26 and 35 can be made smaller. Furthermore, since the air, which is the same material, is filled in the gaps 61 and 62, the influence of refraction at the boundary surfaces of the respective parts due to the difference in refractive index between the optical module 20C and the optical connector 30C is eliminated. It becomes easy.
  • FIG. 6 shows a connection structure between an optical module 20D having an optical waveguide 22 and an optical connector 30D having an optical waveguide 31, and the overall configuration is the same as the configuration shown in the first embodiment. To do.
  • connection surface 20a of the optical module 20D includes a convex surface 71 along the surface 23a of the driver IC 23, a concave surface 72 set to the same height as the cladding layer 22b of the optical waveguide 22, and a convex portion. And a stepped portion 73 formed between the surface 71 and the recessed surface 72.
  • the optical connector 30D is set to the same height as the clad layer 31b of the optical waveguide 31, and is formed through a convex surface 76 that faces the concave surface 72, and through the convex surface 76 and the stepped portion 77.
  • the concave surface 72 and the convex surface 76 face each other, and therefore, compared with the configurations of the first to third embodiments.
  • the diffraction gratings 26 and 35 are optically coupled in a close state. As a result, the influence of light scattering between the diffraction gratings 26 and 35 can be suppressed. Further, since the diffraction gratings 26 and 35 are optically coupled in the state of being close to each other, the tolerance of optical coupling between the diffraction gratings 26 and 35 is loosened, so that the optical module 20D and the optical connector 30D are connected. Optical coupling is possible even if the vertical positional accuracy is poor.
  • the optical connector 30D includes the convex surface 76 and the concave surface 78.
  • the diffraction grating 35 is disposed at a position facing the concave surface 72 of the optical module 20D.
  • the shape and size may not include the concave surface 78 and the stepped portion 77.
  • connection structure between the optical module and the optical connector of the present invention is not limited to the above-described embodiments described with reference to the drawings, and various modifications can be considered within the technical scope thereof.
  • the diffraction gratings 26 and 35 are not used with a condensing function, and a configuration in which a diffraction grating having a condensing function is disposed between the diffraction grating 26 and the diffraction grating 35 is used. You may make it suppress scattering.
  • the structure and the manufacturing process are complicated, and the additional diffraction grating having a condensing function is located on the surface of the optical module or optical connector, so that it is easy to get scratches and dirt, and the yield may deteriorate. There is sex.
  • the use of the diffraction gratings 26 and 35 having a light collecting function can avoid such a problem.
  • the fitting pins 50 and the fitting holes 51 are used.
  • other configurations such as an engaging claw and an engaging recess to which the engaging claw is engaged may be used.
  • the configurations described in the first to fourth embodiments can be appropriately combined.
  • the configuration described in the above embodiment can be selected or changed to another configuration as appropriate.
  • the present invention can be applied to, for example, various apparatuses that perform data transmission using an optical signal.
  • the present invention when connecting an optical fiber and an optical module, the work can be easily and reliably performed, and space can be saved.
  • Optical modules 30A to 30D Optical connector 20a Connection surface 21 Substrate 21a Surface 22 Optical waveguide (first optical waveguide) 22a Core layer (first core part) 22b Cladding layer (first cladding part) 23 Driver IC (element) 23a Surface 24 Module mold 25 Optical waveguide core 26 Diffraction grating (first diffraction grating) 26a Emission surface 27 Tapered waveguide core 28 Optical active element 29 Light emitting element 30a Opposing surface 31 Optical waveguide (second optical waveguide) 31a Core layer (second core part) 31b Clad layer (second clad portion) 32 Connector mold 33 Optical waveguide core 34 Tapered waveguide core 35 Diffraction grating (second diffraction grating) 35a Incident surface 41 Optical field 50 Fitting pin (engaging part) 51 Fitting hole (engaged part) 61 Air gap (first recess) 62 Air gap (second recess) 71 Con

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Abstract

　光ファイバと光モジュールとを接続するにあたり、作業を容易かつ確実に行い、しかも省スペース化を図る。光モジュールは、光コネクタが接続される接続面と、第１の光導波路の端部に設けられ、第１の光導波路の光軸方向を光コネクタに向かう向きに変換する第１の回折格子と、を備え、光コネクタにおいて、第２の光導波路が、光コネクタにおいて接続面に対向する対向面に沿って設けられるとともに、光コネクタは、第２の光導波路の端部に設けられ、第２の光導波路の光軸方向を光モジュールに向かう向きに変換する第２の回折格子を備え、光モジュールの接続面に光コネクタの対向面を対向させて、光モジュールと光コネクタとを機械的に接続した状態で、第１の回折格子と第２の回折格子とが互いに対向して光学的に結合される。

Description

光モジュールと光コネクタとの接続構造
　本発明は、光モジュールと光コネクタとの接続構造に関する。
　コンピュータ装置等で取り扱うデータ量の増大に伴い、データ伝送が電気信号を利用したものから光信号を利用したものに置き換わりつつある。例えば、トランシーバや、その他の各種デバイス、機器等においても、光信号を利用して外部とのデータ（信号）の送受信を行うものがある。光信号を利用してデータ伝送を行う場合、シリコン基板上に光素子を実装する手法を用いて、光信号を処理する光回路をシリコンチップ（以下、これを光モジュールと適宜称する。）として造り込む、シリコンフォトニクスの技術が用いられている。
　このような、光モジュールにおいて、外部とデータ伝送を行うためには、光ファイバ等の光導波路を接続する必要がある。
　非特許文献１には、このような光モジュールと光ファイバとの接続構造として、面発受光型の光素子上にレンズを設けた光モジュールに対し、その表面に４５度ミラーと光ファイバを一体化した光コネクタを接続する構造が開示されている。
　非特許文献２には、シリコンや窒化シリコンなどのシリコン系材料を導波路コアとした光導波路を、光モジュールに垂直方向に接続する光接続構造として、光導波路側に回折格子を形成するとともに、光導波路の反対方向へ戻る光を減らすために光ファイバを約１０度傾けて光モジュールと接続する構造が開示されている。
　非特許文献３には、変換された光軸が垂直方向から傾斜した、同一構造の回折格子どうしを、それらの光軸が揃うように相対させて接続する構造も開示されている。
蔵田和彦、電子情報通信学会「知識ベース」９群、９編、３章、５～１７頁、２０１１年２月 Ｌ．Ｚｉｍｍｅｒｍａｎｎ　ｅｔ　ａｌ．、ＩＥＥＥ　ＬＥＯＳ　ＮＥＷＳＬＥＴＴＥＲ、２００８年１２月号、４～１４頁 Ｓ．Ｂｅｒｎａｂｅ　ｅｔ　ａｌ．，Ｏｐｔｉｃｓ　Ｅｘｐｒｅｓｓ、　第２０巻、第７号、７８８６～７８９４頁、２０１２年３月
　しかしながら、非特許文献１～３に記載の技術は、いずれも、光ファイバの端面を光モジュール側に対向させ、光ファイバの端面から光の入出力を行っている。このため、光ファイバを、光モジュールの表面に直交した方向あるいは光モジュールの表面に対して傾斜した方向に延びるように配置する必要がある。しかし、これでは光ファイバが光モジュールの周囲の空間を占積してしまう。
　また、光ファイバの光モジュールへの接続に際し、光ファイバを光モジュールに対して所定の角度に調整し、さらにその角度を保持しなければならず、その難易度が高いうえに、光ファイバを保持するためのスペースも必要となる。
　そこでなされた本発明の目的は、光ファイバと光モジュールとを接続するにあたり、作業を容易かつ確実に行い、しかも省スペース化を図ることのできる光モジュールと光コネクタとの接続構造を提供することである。
　本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
　すなわち、本発明は、基板の表面に沿って形成された第１の光導波路を有する光モジュールと、前記第１の光導波路に光学的に結合される第２の光導波路を有するとともに、前記光モジュールに機械的に接続される光コネクタと、の接続構造であって、前記光モジュールは、前記光コネクタが接続される接続面と、前記第１の光導波路の端部に設けられ、前記第１の光導波路の光軸方向を前記光コネクタの対向面に向かう向きに変換する第１の回折格子と、を備え、前記光コネクタにおいて、前記第２の光導波路が、前記光コネクタにおいて前記接続面に対向する前記対向面に沿って設けられるとともに、前記光コネクタは、前記第２の光導波路の端部に設けられ、該第２の光導波路の光軸方向を前記光モジュールの前記接続面へ向かう向きに変換する第２の回折格子を備え、前記光モジュールの前記接続面に前記光コネクタの前記対向面を対向させて、前記光モジュールと前記光コネクタとを機械的に接続した状態で、前記第１の回折格子と前記第２の回折格子とが互いに対向して光学的に結合される。
　本発明では、光モジュールの接続面に光コネクタの対向面を対向させて、光モジュールと光コネクタとを機械的に接続した状態で、第１の回折格子と第２の回折格子とが互いに対向するようにした。これにより、光モジュールの第１の光導波路と、光コネクタの第２の光導波路とが、第１の回折格子と第２の回折格子を介して光学的に結合される。このとき、第２の回折格子および第２の光導波路は、光コネクタに備えられているので、光モジュールに光コネクタを接続しさえすれば良く、これらの接続作業を容易かつ確実に行うことができる。しかも、第２の光導波路は、光コネクタにおいて接続面に対向する対向面に沿って設けられているので、省スペース化を図ることができる。
本発明の第１の実施形態に係る光モジュールと光コネクタとの接続構造を示す断面図である。 光モジュールの光導波路のコア層における平断面図である。 光コネクタの光導波路のコア層における平断面図である。 光モジュールと光コネクタを接続する直前の状態を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る光モジュールと光コネクタとの接続構造を示す断面図である。 本発明の第３の実施形態に係る光モジュールと光コネクタとの接続構造を示す断面図である。 本発明の第４の実施形態に係る光モジュールと光コネクタとの接続構造を示す断面図である。
　以下、添付図面を参照して、本発明に係る光モジュールと光コネクタとの接続構造を実施するための形態を説明する。しかし、本発明はこれらの実施形態のみに限定されるものではない。
（第１の実施形態）
　図１は、光モジュール２０Ａと、光コネクタ３０Ａとの接続構造を示す図である。
　この図１に示すように、光モジュール２０Ａと光コネクタ３０Ａは、光モジュール２０Ａの一面に形成された接続面２０ａに、プレート状の光コネクタ３０Ａを対向させ、これらが機械的に着脱可能に接続される。
　図１、図２Ａに示すように、光モジュール２０Ａは、シリコン等からなる基板２１と、基板２１上に形成された光導波路（第１の光導波路）２２と、ドライバＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）２３と、これら基板２１，光導波路２２，ドライバＩＣ２３を覆う樹脂からなるモジュールモールド２４と、を有する。
　基板２１は、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ　ｏｎ　Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を用いて形成してもよい。
　光導波路２２のコア層（第１のコア部）２２ａは、基板２１の表面２１ａと平行に形成されている。コア層２２ａは、例えばシリコンから形成され、線状に連続する光導波路コア２５と、回折格子（第１の回折格子）２６と、テーパ導波路コア２７と、光能動素子２８と、発光素子２９と、が設けられている。このコア層２２ａは、二酸化シリコン等からなるクラッド層（第１のクラッド部）２２ｂで覆われている。
　回折格子２６は、例えば平面視矩形状で、光導波路コア２５の先端部に設けられている。この回折格子２６は、光導波路コア２５の幅よりも大きな幅を有している。
　この回折格子２６は、光導波路コア２５，テーパ導波路コア２７を介して、基板２１の表面２１ａと平行な方向に伝搬されてきた光を回折して、その光軸方向を、光コネクタ３０Ａの対向面３０ａに向かう向きに変換し、光軸方向が変換された光を接続面２０ａから出射させる。
　テーパ導波路コア２７は、光導波路コア２５と回折格子２６との間に設けられ、光導波路コア２５から回折格子２６に向けてそのコア幅がテーパ状に漸次拡大するよう形成されている。
　光能動素子２８は、光導波路コア２５の中間部に設けられ、この光能動素子２８上にドライバＩＣ２３がフリップ実装され、ハンダ等からなる接続バンプ２６１を介して光能動素子２８とドライバＩＣ２３が電気的に接続されている。
　発光素子２９は、基板２１の外周縁部に配置され、光導波路コア２５の基端部が接続されている。
　ここで、図２Ａに示すように、光導波路２２として、２本以上の光導波路コア２５がアレイ状に設けられ、それぞれの光導波路コア２５は互いに平行に延び、テーパ導波路コア２７，回折格子２６は、光モジュール２０Ａの接続面２０ａに沿った方向にそれぞれ平行に配置されている。これら複数本の光導波路コア２５は、一つの発光素子２９に接続されている。
　光モジュール２０Ａには、接続面２０ａから接続面２０ａに直交する方向に突出する２本以上の嵌合ピン（係合部）５０が形成されている。この嵌合ピン５０は、例えば、接続面２０ａに直交する方向から光モジュール２０Ａを見たときに、基板２１を挟んでその両側に配置されている。
　嵌合ピン５０は、例えば、先端部に行くにしたがいその外径が漸次縮小するテーパ形状としても良い。
　図１、図２Ｂに示すように、光コネクタ３０Ａは、光モジュール２０Ａに対向する側の対向面３０ａに沿って連続するよう設けられた光導波路（第２の光導波路）３１と、光導波路３１を覆うコネクタモールド３２と、を備えている。
　光導波路３１は、コア層（第２のコア部）３１ａに、線状に連続する光導波路コア３３と、テーパ導波路コア３４と、回折格子（第２の回折格子）３５と、を備えている。このコア層３１ａは、クラッド層（第２のクラッド部）３１ｂで覆われている。
　光導波路コア３３は、柔軟性を有したフレキシブル導波路を用いて形成するのが望ましい。また、光導波路３１は、コア層３１ａと、クラッド層３１ｂとが、屈折率が互いに異なるポリマー材料（クラッド層３１ｂの屈折率＜コア層３１ａの屈折率）等を用いて形成するのが好ましい。光ファイバを用いて光導波路コア３３を形成することもできるが、上記したようなポリマー材料で光導波路コア３３とクラッド層３１ｂを形成することで、光ファイバに比べて、光導波路コア３３同士の間隔を比較的自由に設計できるとともに、光導波路コア３３とクラッド層３１ｂを自在に曲げられるので光コネクタ３０Ａの固定強度を緩和することが可能である。なお、光コネクタ３０Ａは、光ファイバと接続してもよいことはいうまでもない。
　テーパ導波路コア３４は、光導波路コア３３と回折格子３５との間に設けられ、光導波路コア３３から回折格子３５に向けてそのコア幅がテーパ状に漸次拡大するよう形成されている。
　回折格子３５は、例えば平面視矩形状で、光導波路コア３３の先端部にテーパ導波路コア３４を介して設けられている。この回折格子３５は、光導波路コア３３の幅よりも大きな幅寸法を有している。ただし、光導波路コア３３のコア径は、回折格子３５の幅と等しいかまたは大きくてもよい。回折格子３５は、外部から入射された光を回折し、その光軸方向を、テーパ導波路コア３４，光導波路コア３３が連続する方向に変換する。
　光コネクタ３０Ａには、光モジュール２０Ａの接続面２０ａに対向する対向面３０ａに、光モジュール２０Ａの各嵌合ピン５０が挿入される嵌合孔（被係合部）５１が形成されている。光モジュール２０Ａの各嵌合ピン５０を、光コネクタ３０Ａの各嵌合孔５１に嵌合させると、光モジュール２０Ａと光コネクタ３０Ａとが所定の位置関係に位置決めされ、光モジュール２０Ａ側の回折格子２６と、光コネクタ３０Ａ側の回折格子３５とが、互いに対向するようになっている。
　回折格子２６は、光導波路２２のコア層２２ａを伝搬してきた光信号を、その光軸を変換して回折光とする。回折格子３５は、回折光を光導波路３１のコア層３１ａに結合させる機能を有している。
　ここで、回折格子２６，３５は距離が離れるとビーム径が広がり、光結合効率が下がってしまう。このため、回折格子２６，３５に集光機能を持たせるのが好ましい。これにより、回折光をコリメート（平行）光や集光光とすることができ、回折格子２６，３５どうしの距離が離れていても、これらの間での光結合が容易になる。なお、回折格子２６，３５において、光導波路２２、３１のコア層２２ａ，３１ａとクラッド層２２ｂ，３１ｂとの屈折率差に応じ、回折光をコリメート光とするか、集光光とするかを、設計の範囲で適宜選択することが可能である。
　回折格子２６，３５の形状は、時間領域差分法（Ｆｉｎｉｔｅ　Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ　Ｔｉｍｅ　Ｄｏｍａｉｎ、ＦＤＴＤ）等を利用して求められる。時間領域差分法は、光が回折格子２６，３５を通ることに伴って光の経路長が変わり、その結果として生じる、光が到達するまでの時間差に基づいて、回折格子２６，３５の形状を決定する公知の手法である。また、回折格子２６，３５のピッチを調整すれば、反射の影響を抑えるため回折光の光軸を傾けたり（例えば１０度程度）、コア層２２ａ，３１ａを伝搬してきた光信号の回折効率を高めたりすることが可能である。そして回折格子２６，３５に集光機能を持たせるには、非特許文献４に示されるように、直線状の屈折率の凹凸を曲線状の凹凸に変える手法を用いれば可能となる。
　非特許文献４：Ｔ．Ｓｕｈａｒａ　ｅｔ　ａｌ．、ＩＥＥＥ　Ｊｏｕｎａｌ　ｏｆ　Ｑｕａｎｔｕｍ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、第ＱＥ２２巻、第６号、８４５－８６７頁　１９８６年６月　（図２３）
　図３に示すように、光モジュール２０Ａと、光コネクタ３０Ａとを接続するときには、これらを、接続面２０ａにほぼ直交する方向に沿って互いに接近させ、各嵌合ピン５０を各嵌合孔５１に挿入し、接続面２０ａと対向面３０ａとを突き合わせる。これにより、図１に示したように、光モジュール２０Ａと光コネクタ３０Ａとが、回折格子２６と回折格子３５とを相対させた位置で機械的に接続される。
　この状態で、光モジュール２０Ａの発光素子２９から出力された連続光は、光導波路２２を伝搬し、光能動素子２８でドライバＩＣ２３からの電気信号に応じて変調される。変調された光は、光導波路コア２５、テーパ導波路コア２７を介し、光信号Ｓ１として回折格子２６に達する。
　回折格子２６では、光信号Ｓ１の光軸方向が変換され、接続面２０ａに所定角度で交差する光軸４に沿って、光フィールド４１の範囲内の光信号Ｓ２となって光モジュール２０Ａから出力される。
　光モジュール２０Ａから出力された光信号Ｓ２は、光コネクタ３０Ａの回折格子３５に達し、光軸方向が変換されて光信号Ｓ３となる。光信号Ｓ３は、光導波路３１を構成するテーパ導波路コア３４、光導波路コア３３を介して外部に出力される。
　上述したような構成においては、光モジュール２０Ａの光導波路２２に回折格子２６が設けられるとともに、光コネクタ３０Ａの光導波路３１に回折格子３５が設けられ、光モジュール２０Ａと光コネクタ３０Ａとが機械的に接続され、回折格子２６，３５が互いに対向した状態で光学的に結合されるようになっている。これにより、光モジュール２０Ａから回折格子２６を介して出射された光信号Ｓ２は、光コネクタ３０Ａ側の回折格子３５においてその光軸方向が変換され、変換された光信号が光コネクタ３０Ａの対向面３０ａに沿った方向に連続する光導波路３１を伝搬するようになっている。
　これにより、光モジュール２０Ａの接続面２０ａに対し、光コネクタ３０Ａの光導波路３１を、接続面２０ａに沿った方向に引き出すことができる。したがって、光モジュール２０Ａと光コネクタ３０Ａとの接続部の周囲の省スペース化を図ることができる。
　また、光導波路３１が光コネクタ３０Ａに組み込まれているため、作業を容易かつ確実に行うことができる。
　加えて、上記実施形態のように、光導波路２２上にドライバＩＣ２３が実装されている場合、少なくともドライバＩＣ２３の厚さ分、回折格子２６，３５が離れてしまう。しかし、回折格子２６，３５に集光機能をもたせれば、光モジュール２０Ａの回折格子２６と、光コネクタ３０Ａの回折格子３５とが離れていても、確実な光結合が可能となる。
　また、この構成を用いると、光モジュール２０Ａの光導波路２２と、光コネクタ３０Ａの光導波路３１とを離すことが可能となるため、ドライバＩＣ２３に限らず、発光素子２９や、その他の駆動素子等を基板２１上に実装した光モジュール２０Ａ上に、光コネクタ３０Ａを配置することが可能となる。これにより、設計の自由度が高まるとともに、光モジュール２０Ａと光コネクタ３０Ａとを合わせたパッケージの面積を抑えることが可能となる。
（第２の実施形態）
　次に、本発明の第２の実施形態について説明する。以下に説明する第２の実施形態において、上記第１の実施形態と共通する構成については、図中に同符号を付してその説明を省略し、上記第１の実施形態との差異を中心に説明を行う。
　図４に示すものは、光導波路２２を有する光モジュール２０Ｂと、光導波路３１を有する光コネクタ３０Ｂとの接続構造であり、全体的な構成は、上記第１の実施形態で示した構成と共通する。
　本実施形態においては、光コネクタ３０Ｂのコア層３１ａの回折格子３５およびテーパ導波路コア３４と、その周囲のクラッド層３１ｂとの屈折率構造（屈折率比）が、光モジュール２０Ｂの回折格子２６およびテーパ導波路コア２７と、その周囲のクラッド層２２ｂとの屈折率構造（屈折率比）と同一とする。すなわち、光コネクタ３０Ｂと光モジュール２０Ｂにおいて、回折格子３５と回折格子２６、テーパ導波路コア３４とテーパ導波路コア２７、クラッド層３１ｂとクラッド層２２ｂとを、それぞれ屈折率が同じ材料で形成するのである。もちろん、屈折率が同じであれば、異種材料を採用しても良いが、同材料で形成するのが容易である。
　このような構成とすることで、光コネクタ３０Ｂの光導波路３１と、光モジュール２０Ｂの光導波路２２とで、屈折率差の違いに起因した各部の境界面での屈折の影響がなくなるため、設計が容易となる。
（第３の実施形態）
　次に、本発明の第３の実施形態について説明する。以下に説明する第３の実施形態において、上記第１の実施形態と共通する構成については、図中に同符号を付してその説明を省略し、上記第１の実施形態との差異を中心に説明を行う。
　図５に示すものは、光導波路２２を有する光モジュール２０Ｃと、光導波路３１を有する光コネクタ３０Ｃとの接続構造であり、全体的な構成は、上記第１の実施形態で示した構成と共通する。
　本実施形態においては、光モジュール２０Ｃの回折格子２６における光信号の出射面２６ａと、光コネクタ３０Ｃの回折格子３５における光信号の入射面３５ａのそれぞれに対向する領域で、クラッド層２２ｂ、３１ｂが切り欠かれて回折格子２６，３５の出射面２６ａ，入射面３５ａを露出させる空隙（第１の凹部）６１，空隙（第２の凹部）６２が形成されている。
　上述したような構成を用いれば、クラッド層２２ｂ，３１ｂを形成する二酸化シリコンの屈折率（＝１．４４）よりも、空隙６１，６２を満たす空気の屈折率（＝１．０）の方が小さい。具体的には、このため、光導波路２２，３１において、シリコン（屈折率：３．５）から形成された回折格子２６，３５の出射面２６ａ，入射面３５ａの境界面における屈折率の差が大きくなる。より具体的には、シリコンと二酸化シリコンの屈折率の比は、３．５：１．４４であるのに対し、シリコンと空気の屈折率の比は、３．５：１．０である。なお上記の屈折率は例として波長１５５０ｎｍの時のものを示した。
　これにより、上記第１の実施形態のように、光モジュール２０Ｃの回折格子２６における光信号の出射面２６ａと、光コネクタ３０Ｃの回折格子３５における光信号の入射面３５ａのそれぞれに対向する領域が、クラッド層２２ｂ，３１ｂで覆われている構成に比較し、回折格子２６，３５を小さくすることが可能となる。
　さらに、空隙６１，６２に、同材料である空気が満たされることで、光モジュール２０Ｃならびに光コネクタ３０Ｃの屈折率差の違いに起因した各部の境界面での屈折の影響がなくなるため、設計が容易となる。
（第４の実施形態）
　次に、本発明の第４の実施形態について説明する。以下に説明する第４の実施形態において、上記第１の実施形態と共通する構成については、図中に同符号を付してその説明を省略し、上記第１の実施形態との差異を中心に説明を行う。
　図６に示すものは、光導波路２２を有する光モジュール２０Ｄと、光導波路３１を有する光コネクタ３０Ｄとの接続構造であり、全体的な構成は、上記第１の実施形態で示した構成と共通する。
　本実施形態においては、光モジュール２０Ｄの接続面２０ａを、ドライバＩＣ２３の表面２３ａに沿う凸部面７１と、光導波路２２のクラッド層２２ｂと同一高さに設定された凹部面７２と、凸部面７１と凹部面７２との間に形成された段部７３と、を有するものとした。
　一方、光コネクタ３０Ｄは、光導波路３１のクラッド層３１ｂと同一高さに設定され、凹部面７２に対向する凸部面７６と、凸部面７６と段部７７を介して形成され、凸部面７１と対向する凹部面７８と、を有している。
　このような構成を用いれば、光モジュール２０Ｄと光コネクタ３０Ｄとを接続した状態では、凹部面７２と凸部面７６とが互いに対向するため、上記第１～第３の実施形態の構成に比較し、回折格子２６，３５が近接した状態で光学的に結合される。これにより、回折格子２６，３５間で光の散乱の影響を抑えることが可能となる。また、回折格子２６，３５が近接した状態で光学的に結合されることにより、回折格子２６，３５間で光結合のトレランスが緩くなるため、光モジュール２０Ｄと光コネクタ３０Ｄとが接続した状態における相互の垂直方向の位置精度が悪くても光結合が可能になる。
　なお、上記第４の実施形態では、光コネクタ３０Ｄが、凸部面７６と凹部面７８とを備える構成としたが、光モジュール２０Ｄの凹部面７２に対向する位置に回折格子３５が配置されていれば、凹部面７８および段部７７を備えない形状、大きさとしても良い。
（その他の実施形態）
　なお、本発明の光モジュールと光コネクタとの接続構造は、図面を参照して説明した上述の各実施形態に限定されるものではなく、その技術的範囲において様々な変形例が考えられる。
　例えば、上記第１～第４の実施形態では、回折格子２６，３５として集光機能を有したものを用いるのが好ましい、とした。しかし、回折格子２６，３５として集光機能を有したものを用いず、これら回折格子２６と回折格子３５との間に、集光機能を有した回折格子を配置する構成を用いて、光の散乱を抑えるようにしても良い。ただしその場合、構造および製造工程が複雑化し、さらに追設した集光機能を有する回折格子は光モジュールまたは光コネクタの表面に位置することになって傷や汚れがつきやすく、歩留まりが悪くなる可能性がある。これに対し、上記各実施形態で示したごとく、回折格子２６，３５として集光機能を有したものを用いれば、このような問題の発生を回避できる。
　例えば、上記第１～第４の実施形態については、光モジュール２０Ａ～２０Ｄから光が出射し、光コネクタ３０Ａ～３０Ｄに入射する場合について説明した。しかし、光コネクタ３０Ａ～３０Ｄから光が出射し、光モジュール２０Ａ～２０Ｄに入射する場合も同様である。
　また、光モジュール２０Ａ～２０Ｄと光コネクタ３０Ａ～３０Ｄとを機械的に結合するために、嵌合ピン５０および嵌合孔５１を用いた。しかし、光モジュール２０Ａ～２０Ｄと光コネクタ３０Ａ～３０Ｄとを機械的に結合できるのであれば、係合爪とこの係合爪が係合される係合凹部等、他の構成を用いても良い。
　また、上記第１～第４の実施形態に記載の構成を適宜組み合わせることもできる。
　これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更したりすることが可能である。
　この出願は、２０１２年８月３１日に出願された日本出願特願２０１２－１９１６４７号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
　本発明は、例えば、光信号を利用してデータ伝送を行う様々な装置に適用することができる。本発明では、光ファイバと光モジュールとを接続するにあたり、作業を容易かつ確実に行い、しかも省スペース化を図ることができる。
４　光軸
２０Ａ～２０Ｄ　光モジュール
３０Ａ～３０Ｄ　光コネクタ
２０ａ　接続面
２１　基板
２１ａ　表面
２２　光導波路（第１の光導波路）
２２ａ　コア層（第１のコア部）
２２ｂ　クラッド層（第１のクラッド部）
２３　ドライバＩＣ（素子）
２３ａ　表面
２４　モジュールモールド
２５　光導波路コア
２６　回折格子（第１の回折格子）
２６ａ　出射面
２７　テーパ導波路コア
２８　光能動素子
２９　発光素子
３０ａ　対向面
３１　光導波路（第２の光導波路）
３１ａ　コア層（第２のコア部）
３１ｂ　クラッド層（第２のクラッド部）
３２　コネクタモールド
３３　光導波路コア
３４　テーパ導波路コア
３５　回折格子（第２の回折格子）
３５ａ　入射面
４１　光フィールド
５０　嵌合ピン（係合部）
５１　嵌合孔（被係合部）
６１　空隙（第１の凹部）
６２　空隙（第２の凹部）
７１　凸部面
７２　凹部面
７３　段部
７６　凸部面
７７　段部
７８　凹部面

Claims (7)

  1. 　基板の表面に沿って形成された第１の光導波路を有する光モジュールと、前記第１の光導波路に光学的に結合される第２の光導波路を有するとともに、前記光モジュールに機械的に接続される光コネクタと、の接続構造であって、
    　前記光モジュールは、
    　前記光コネクタが接続される接続面と、
    　前記第１の光導波路の端部に設けられ、前記第１の光導波路の光軸方向を前記光コネクタの対向面に向かう向きに変換する第１の回折格子と、を備え、
    　前記光コネクタにおいて、
    　前記第２の光導波路が、前記光コネクタにおいて前記接続面に対向する前記対向面に沿って設けられるとともに、
    　前記光コネクタは、前記第２の光導波路の端部に設けられ、該第２の光導波路の光軸方向を前記光モジュールの前記接続面へ向かう向きに変換する第２の回折格子を備え、
    　前記光モジュールの前記接続面に前記光コネクタの前記対向面を対向させて、前記光モジュールと前記光コネクタとを機械的に接続した状態で、前記第１の回折格子と前記第２の回折格子とが互いに対向して光学的に結合される光モジュールと光コネクタとの接続構造。
  2. 　前記第１の回折格子および前記第２の回折格子の少なくとも一方は、前記接続面または前記対向面から入出力する光の集光機能を有する請求項１に記載の光モジュールと光コネクタとの接続構造。
  3. 　前記第１の光導波路の第１のコア部および前記第１の回折格子と、前記第１のコア部および前記第１の回折格子の周囲に設けられた第１のクラッド部との屈折率の比が、
    　前記第２の光導波路の第２のコア部および前記第２の回折格子と、前記第２のコア部および前記第２の回折格子の周囲に設けられた第２のクラッド部との屈折率の比と等しく設定されている請求項１または２に記載の光モジュールと光コネクタとの接続構造。
  4. 　前記光モジュールは、前記第１の回折格子の表面を露出させる第１の凹部を有し、
    　前記光コネクタは、前記第２の回折格子の表面を露出させる第２の凹部を有する請求項１から３のいずれか一項に記載の光モジュールと光コネクタとの接続構造。
  5. 　前記光モジュールは、前記基板または前記第１の光導波路上において、前記光コネクタが接続される側に実装された素子を備えている請求項１から４のいずれか一項に記載の光モジュールと光コネクタとの接続構造。
  6. 　前記光モジュールは、
    　前記素子を覆うよう形成された凸部面と、
    　前記凸部面よりも前記基板に近い側に形成され、前記第１の回折格子に近接して形成された凹部面と、を有し、
    　前記光コネクタにおいて、前記凹部面に対向する位置に前記第２の回折格子が配置されている請求項５に記載の光モジュールと光コネクタとの接続構造。
  7. 　前記光モジュールは、前記光コネクタに係合する係合部を有し、
    　前記光コネクタは、前記係合部が係合される被係合部を有する請求項１から６のいずれか一項に記載の光モジュールと光コネクタとの接続構造。
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