JP5137393B2 - Optical coupler - Google Patents
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Description
本発明は、光ファイバ通信や光配線の分野で使用される、受光素子を用いた光結合器に関する。 The present invention is used in the field of optical communications and optical interconnect relates to an optical coupler using a light receiving element.
光ファイバ通信の分野において、信号で変調された光信号を電気信号に変換する場合、一般にフォトダイオード(受光素子)を用いた光結合器が用いられる。 In the field of optical fiber communication, when an optical signal modulated with a signal is converted into an electric signal, an optical coupler using a photodiode (light receiving element) is generally used.
また、近年、半導体からなる集積素子の分野では、高速・高密度化への進展が著しく、従来の電気的な配線による相互接続では、信号の遅延、減衰、干渉等により、十分な特性が期待できなくなることが問題となっている。この問題は、IOボトルネックといわれ、これを解決するために光インターコネクション技術が注目されている。光インターコネクション技術は、通信機器相互間や通信機器内のボード間にとどまらず、一つのボード内の集積回路素子間でも行うことが検討されている。従来、ボード内光インターコネクションを実現するための光結合器として、特許文献1に開示されたものは、いわゆる光ピンと呼ばれるものであり、光ファイバを加工した光ピンを回路付光導波路基板に形成された穴に差し込んで使用するものである。この方式では、回路付光導波路基板に沿って導波路を導波してきた信号光を、差し込まれた光ピンの斜面にて反射させ、回路付光導波路基板に垂直な方向に取り出し、プレーナー型(planar type)のフォトダイオードによって受光して電気信号に変換し、又は、回路付光導波路基板に垂直な方向に面発光型レーザ(VCSEL)から出射された信号光を、差し込まれた光ピンの斜面にて反射させ、回路付光導波路基板に沿って導波路を導波させるものである。
In recent years, in the field of integrated devices made of semiconductors, progress toward high speed and high density has been remarkable, and interconnects using conventional electrical wiring are expected to have sufficient characteristics due to signal delay, attenuation, interference, etc. Inability to do so is a problem. This problem is said to be an IO bottleneck, and optical interconnection technology has attracted attention in order to solve this problem. The optical interconnection technology is being studied not only between communication devices and between boards in a communication device, but also between integrated circuit elements in one board. 2. Description of the Related Art Conventionally, as an optical coupler for realizing intra-board optical interconnection, what is disclosed in
フォトダイオードを用いて光信号を電気信号に変換する場合、信号光に大きなモード分散があると、光源からフォトダイオードへの信号光の到達時間にばらつきを生じ、伝送容量が充分に確保できない場合がある。 When using a photodiode to convert an optical signal into an electrical signal, if the signal light has a large mode dispersion, the arrival time of the signal light from the light source to the photodiode may vary, and a sufficient transmission capacity may not be secured. is there.
特に、基板内の光配線に使用されるマルチモード光導波路では、導波路を伝搬する複数のモードの伝搬角度(コア−クラッド界面での全反射角度)の差によって生じるモード分散により、受光素子への信号到達時間のばらつき(スキュー)が著しくなり、伝送容量が十分に確保できない。 In particular, in a multimode optical waveguide used for optical wiring in a substrate, to a light receiving element due to mode dispersion caused by a difference in propagation angles (total reflection angles at a core-cladding interface) of a plurality of modes propagating through a waveguide. The signal arrival time variation (skew) becomes significant, and a sufficient transmission capacity cannot be secured.
このため、光導波路としてシングルモード光導波路を採用したり、屈折率分布型(GRIN)のマルチモード光導波路を採用することも考えられる。しかし、前者の場合には発光素子とシングルモード導波路との光結合が難しくなるという難点がある。また、後者についても、屈折率の制御が難しく、構造が複雑にならざるを得ないという難点がある。 For this reason, it is conceivable to adopt a single-mode optical waveguide as the optical waveguide or a multi-mode optical waveguide of a graded index type (GRIN). However, in the former case, there is a problem that optical coupling between the light emitting element and the single mode waveguide becomes difficult. Further, the latter also has a drawback that the refractive index is difficult to control and the structure must be complicated.
また、光ファイバ通信に受光素子を使用する場合にも、同様にモード分散により伝送容量が制限されることは知られている。 Also, when using a light receiving element for optical fiber communication, it is known that the transmission capacity is similarly limited by mode dispersion.
本発明は、上記課題を解決することのできる光結合器を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the optical coupler which can solve the said subject.
すなわち、本第1の発明は、受光素子と、前記受光素子を搭載する受光素子搭載基板と、前記受光素子と電気的に接続され、該受光素子の受光面に対向する部分に空孔が形成された電気配線基板と、前記電気配線基板の、前記受光素子が電気的に接続されていない面に積層されたマルチモード光導波路と、光の伝送方向に向かって径が小さくなるコアと該コアを囲むクラッドとからなる受光用光伝送路を介して、前記受光素子に前記マルチモード光導波路を伝送する光を結合させる光結合手段とを備え、前記マルチモード光導波路は、前記電気配線基板に形成された空孔に対応する位置に、当該マルチモード光導波路内を伝搬してきた光を前記受光素子の受光面側に反射させる反射面が形成されており、前記電気配線基板に形成された空孔と前記受光用光伝送路との間に、該電気配線基板の面方向において間隙を有し、前記受光素子搭載基板は半田を介して前記電気配線基板に固定され、前記受光素子搭載基板、前記受光用光伝送路、前記半田及び前記空孔で囲まれた空隙部には、光透過性樹脂が充填されており、前記光結合手段の受光用光伝送路は、前記電気配線基板の空孔内部において、前記マルチモード光導波路の反射面で反射した光が、前記コアに入射する位置に配置されていることを特徴とする光結合器である。 That is, according to the first aspect of the invention, a light receiving element, a light receiving element mounting substrate on which the light receiving element is mounted, and a hole that is electrically connected to the light receiving element and that faces the light receiving surface of the light receiving element are formed. An electrical wiring board, a multimode optical waveguide laminated on a surface of the electrical wiring board where the light receiving element is not electrically connected, a core whose diameter decreases in the light transmission direction, and the core Optical coupling means for coupling the light transmitted through the multimode optical waveguide to the light receiving element via a light receiving optical transmission path comprising a cladding surrounding the multimode optical waveguide, and the multimode optical waveguide is attached to the electrical wiring substrate. A reflection surface for reflecting light propagating in the multimode optical waveguide to the light receiving surface side of the light receiving element is formed at a position corresponding to the formed hole, and the void formed in the electric wiring board is formed. With holes There is a gap in the plane direction of the electric wiring board between the light receiving optical transmission line, and the light receiving element mounting board is fixed to the electric wiring board via solder, and the light receiving element mounting board, the light receiving element A light-transmitting resin is filled in the gap surrounded by the optical transmission path, the solder, and the hole, and the light-receiving optical transmission path of the optical coupling means is inside the hole of the electric wiring board. In the optical coupler, the light reflected by the reflecting surface of the multimode optical waveguide is disposed at a position where the light enters the core.
また、本第2の発明は、受光素子と、前記受光素子を搭載する受光素子搭載基板と、前記受光素子と電気的に接続され、該受光素子の受光面に対向する部分に空孔が形成された電気配線基板と、前記電気配線基板の、前記受光素子が電気的に接続されていない面に積層されたマルチモード光導波路と、前記マルチモード光導波路の比屈折率差よりも小さい比屈折率差を有するコアと該コアを囲むクラッドとからなる受光用光伝送路を介して、前記受光素子に前記マルチモード光導波路を伝送する光を結合させる光結合手段とを備え、前記マルチモード光導波路は、前記電気配線基板に形成された空孔に対応する位置に、当該マルチモード光導波路内を伝搬してきた光を前記受光素子の受光面側に反射させる反射面が形成されており、前記電気配線基板に形成された空孔と前記受光用光伝送路との間に、該電気配線基板の面方向において間隙を有し、前記受光素子搭載基板は半田を介して前記電気配線基板に固定され、前記受光素子搭載基板、前記受光用光伝送路、前記半田及び前記空孔で囲まれた空隙部には、光透過性樹脂が充填されており、前記光結合手段の受光用光伝送路は、前記電気配線基板の空孔内部において、前記マルチモード光導波路の反射面で反射した光が、前記コアに入射する位置に配置されていることを特徴とする光結合器である。 In the second invention, a light receiving element, a light receiving element mounting substrate on which the light receiving element is mounted, and a hole that is electrically connected to the light receiving element and that faces the light receiving surface of the light receiving element are formed. And a multimode optical waveguide laminated on a surface of the electrical wiring board where the light receiving element is not electrically connected, and a relative refractive index smaller than a relative refractive index difference of the multimode optical waveguide. An optical coupling means for coupling the light transmitted through the multimode optical waveguide to the light receiving element via a light receiving optical transmission path composed of a core having a rate difference and a clad surrounding the core; The waveguide is formed with a reflection surface that reflects light propagating through the multimode optical waveguide on the light receiving surface side of the light receiving element at a position corresponding to a hole formed in the electric wiring board, Electrical There is a gap in the surface direction of the electric wiring board between the hole formed in the wiring board and the optical transmission path for light reception, and the light receiving element mounting board is fixed to the electric wiring board via solder. The light receiving element mounting substrate, the light receiving light transmission path, the void surrounded by the solder and the holes are filled with a light transmitting resin, and the light receiving light transmission path of the optical coupling means is The optical coupler is characterized in that the light reflected by the reflecting surface of the multimode optical waveguide is disposed at a position where the light is incident on the core inside the hole of the electric wiring board.
また、本第3の発明は、受光素子と、前記受光素子を搭載する受光素子搭載基板と、前記受光素子と電気的に接続され、該受光素子の受光面に対向する部分に空孔が形成された電気配線基板と、前記電気配線基板の、前記受光素子が電気的に接続されていない面に積層されたマルチモード光導波路と、コアと該コアを囲むクラッドとからなるシングルモード光導波路である受光用光伝送路を介して、前記受光素子に前記マルチモード光導波路を伝送する光を結合させる光結合手段とを備え、前記マルチモード光導波路は、前記電気配線基板に形成された空孔に対応する位置に、当該マルチモード光導波路内を伝搬してきた光を前記受光素子の受光面側に反射させる反射面が形成されており、前記電気配線基板に形成された空孔と前記受光用光伝送路との間に、該電気配線基板の面方向において間隙を有し、前記受光素子搭載基板は半田を介して前記電気配線基板に固定され、前記受光素子搭載基板、前記受光用光伝送路、前記半田及び前記空孔で囲まれた空隙部には、光透過性樹脂が充填されており、前記光結合手段の受光用光伝送路は、前記電気配線基板の空孔内部において、前記マルチモード光導波路の反射面で反射した光が、前記コアに入射する位置に配置されていることを特徴とする光結合器である。 The third aspect of the invention includes a light receiving element, a light receiving element mounting substrate on which the light receiving element is mounted, and a hole that is electrically connected to the light receiving element and faces the light receiving surface of the light receiving element. A single mode optical waveguide comprising: a multimode optical waveguide laminated on a surface of the electrical wiring substrate on which the light receiving element is not electrically connected; and a core and a clad surrounding the core. Optical coupling means for coupling the light transmitted through the multimode optical waveguide to the light receiving element via a light receiving optical transmission line, and the multimode optical waveguide is a hole formed in the electrical wiring substrate. Is formed at a position corresponding to the light-receiving surface of the light-receiving element, the reflection surface reflecting the light propagating in the multimode optical waveguide, and the light-receiving holes and the holes for receiving light are formed. light There is a gap in the surface direction of the electric wiring board between the transmission path, and the light receiving element mounting board is fixed to the electric wiring board via solder, and the light receiving element mounting board, the light receiving optical transmission path The space surrounded by the solder and the holes is filled with a light-transmitting resin, and the light receiving optical transmission path of the optical coupling means is located inside the holes of the electric wiring board. The optical coupler is characterized in that the light reflected by the reflection surface of the mode optical waveguide is disposed at a position where the light enters the core.
また、上記構成の本第1の発明の構成によれば、光の伝送方向に向かって径が小さくなるコアと該コアを囲むクラッドとからなる受光用光伝送路を介して、前記マルチモード光導波路を導波する光を前記受光素子に光結合させるものとなっている。このため、前記マルチモード光導波路を伝搬して受光用光伝送路に入射したマルチモードの入力信号光のうち、基本モードを含む伝搬角度が小さい低次モード光は受光用光伝送路を導波して受光素子に到達するが、該低次モード光以外の伝搬角度が大きい高次モード光は、前記クラッドに放出され、受光素子に到達する強度が低減される。したがって、マルチモード光導波路を導波する光に著しいモード分散が生じていても、基本モードを含む低次モードのみが受光素子により受光されるので、光源から受光素子への信号光の到達時間のばらつきが低減され、伝送容量を向上させることができる。 Further , according to the configuration of the first invention having the above-described configuration, the multimode light guide is provided via a light receiving optical transmission path including a core whose diameter decreases in the light transmission direction and a clad surrounding the core. The light guided through the waveguide is optically coupled to the light receiving element. For this reason, of the multimode input signal light that propagates through the multimode optical waveguide and enters the light receiving optical transmission line, low-order mode light including the fundamental mode and having a small propagation angle is guided through the light receiving optical transmission line. Then, the high-order mode light having a large propagation angle other than the low-order mode light is emitted to the cladding, and the intensity reaching the light-receiving element is reduced. Therefore, even if significant mode dispersion occurs in the light guided through the multimode optical waveguide, only the low-order modes including the fundamental mode are received by the light receiving element, so that the arrival time of the signal light from the light source to the light receiving element is reduced. Variations can be reduced and transmission capacity can be improved.
また、本第2の発明の構成によれば、前記マルチモード光導波路の比屈折率差よりも小さい比屈折率差を有するコアと該コアを囲むクラッドとからなる受光用光伝送路を介して、前記マルチモード光導波路を導波する光を前記受光素子に光結合させるものとなっている。比屈折率差の小さい光伝送路では、コア−クラッド界面での全反射角度が小さいために誘起されるモードの伝搬角度差が小さくなる。このため、前記マルチモード光導波路を伝搬して受光用光伝送路に到達したマルチモードの入力信号光によって、受光用光伝送路のコアに誘起されるモードは、前記マルチモード光導波路のコア中よりも伝搬角度差が小さいものとなり、これが受光素子に到達する。したがって、マルチモード光導波路を導波する光に著しいモード分散が生じていても、伝搬角度差が小さいモードの光が受光素子により受光されるので、光源から受光素子への信号光の到達時間のばらつきが低減され、伝送容量を向上させることができる。 According to the configuration of the second aspect of the invention, the light receiving optical transmission line including the core having a relative refractive index difference smaller than the relative refractive index difference of the multimode optical waveguide and the clad surrounding the core is provided. The light guided through the multimode optical waveguide is optically coupled to the light receiving element. In an optical transmission line with a small relative refractive index difference, the difference in the propagation angle of the induced mode is small because the total reflection angle at the core-cladding interface is small. For this reason, the mode induced in the core of the light receiving optical transmission line by the multi-mode input signal light that has propagated through the multi mode optical waveguide and reached the light receiving optical transmission line is the center of the multi mode optical waveguide. The propagation angle difference is smaller than this, and this reaches the light receiving element. Therefore, even if significant mode dispersion occurs in the light guided through the multimode optical waveguide, the light of the mode having a small propagation angle difference is received by the light receiving element, so that the arrival time of the signal light from the light source to the light receiving element is reduced. Variations can be reduced and transmission capacity can be improved.
また、本第3の発明によれば、コアと該コアを囲むクラッドとからなるシングルモード光導波路である受光用光伝送路を介して、前記マルチモード光導波路を導波する光を前記受光素子に光結合させるものとなっている。このため、受光用光伝送路に到達したマルチモードの入力信号光により、受光用光伝送路のコア内に単一の導波モードのみが誘起され、これが受光素子に到達する。したがって、マルチモード光導波路を導波する光に著しいモード分散が生じていても、主として基本モードが受光素子により受光されるので、光源から受光素子への信号光の到達時間のばらつきが低減され、伝送容量を向上させることができる。 According to the third aspect of the present invention, the light guided through the multi-mode optical waveguide is transmitted through the light-receiving optical transmission line, which is a single-mode optical waveguide including a core and a clad surrounding the core. To be optically coupled. For this reason, only a single waveguide mode is induced in the core of the light receiving optical transmission line by the multi-mode input signal light that has reached the light receiving optical transmission line, and reaches the light receiving element. Therefore, even if significant mode dispersion occurs in the light guided through the multimode optical waveguide, the fundamental mode is mainly received by the light receiving element, so that variations in the arrival time of the signal light from the light source to the light receiving element are reduced, Transmission capacity can be improved.
また、上記第1乃至第3の発明では、光導波路としてマルチモード光導波路を使用しているので、基板に実装された集積回路素子間の光配線に本発明を適用する場合において、光源である垂直キャビティ型半導体レーザ(VCSEL)等との光結合の容易性を維持しつつ、マルチモード光導波路のモード分散による、信号到達時間のばらつきを低減し、伝送容量を高めることが可能である。 In the first to third aspects of the invention, since the multimode optical waveguide is used as the optical waveguide, it is a light source when the present invention is applied to the optical wiring between the integrated circuit elements mounted on the substrate. While maintaining the ease of optical coupling with a vertical cavity semiconductor laser (VCSEL) or the like, it is possible to reduce variations in signal arrival time due to mode dispersion of a multimode optical waveguide and increase transmission capacity.
また、本第1乃至第3の発明では、前記マルチモード光導波路を伝搬する光を前記受光素子に向かって反射する反射面が前記マルチモード光導波路に形成されている。このため、マルチモード光導波路内の光の伝搬方向と受光素子に入射する光の光軸とが交差する構成となり、光路を変換することができるので、基板に実装された集積回路素子間の光配線に本発明を適用する場合に適した構成となる。 In the first to third aspects of the invention, a reflective surface that reflects light propagating through the multimode optical waveguide toward the light receiving element is formed in the multimode optical waveguide. For this reason, the light propagation direction in the multimode optical waveguide intersects with the optical axis of the light incident on the light receiving element, and the optical path can be changed, so that the light between the integrated circuit elements mounted on the substrate can be changed. The configuration is suitable when the present invention is applied to the wiring.
また、本第1乃至第3の発明では、前記電気配線基板の空孔内部の前記受光用光伝送路が、前記マルチモード光導波路の前記反射面によって反射された光が入射されるように配置されている。本第1乃至第3の発明では、反射面によって光路を変換された光が受光用光伝送路に入射する構成となるので、基板に実装された集積回路素子間の光配線に本発明を適用する場合に、さらに適した構成となる。 In the first to third aspects of the invention, the light receiving optical transmission path inside the hole of the electric wiring board is arranged so that the light reflected by the reflecting surface of the multimode optical waveguide is incident thereon. Has been. In the first to third inventions, the light whose optical path is converted by the reflecting surface is incident on the light receiving optical transmission path, and therefore the present invention is applied to the optical wiring between the integrated circuit elements mounted on the substrate. In this case, the configuration is more suitable.
(第1の実施形態例)
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について詳細に説明する。
(First embodiment)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の第1の実施形態例に係る光結合器の断面図を示したものである。本第1の実施形態例に係る光結合器1は、電気配線基板上に実装されたLSI等の集積回路素子の光配線に用いられる光結合器であって、受光素子2と、受光素子2を配置固定する電気配線基板3と、マルチモード光導波路4と、マルチモード光導波路4を伝搬してきた光を入射し、受光素子2の方に導波する受光用光伝送路5とを有する。
FIG. 1 is a cross-sectional view of an optical coupler according to a first embodiment of the present invention. An
受光素子2は、プレーナ型(面受光型)のもので、受光素子搭載基板6に固定された状態で、受光面が受光用光伝送路5に対向するように電気配線基板3上に配置固定されている。
The
電気配線基板3は、絶縁層3aの片面又は両面に所定の導体パターン層3bを形成してなるもので、受光素子2を固定する位置に対応する部分に空孔3cが形成されている。電気配線基板3としては、絶縁層3aとしてガラスエポキシのような剛体性の材料を使用したもののほか、ポリイミド等を使用したフレキシブル基板を使用することも可能である。なお、絶縁層3aは必須のものではなく、たとえばマルチモード光導波路4上に所望の回路パターンを印刷した導体パターン層3bのみを備えるようにしてもよい。
The
マルチモード光導波路4は、電気配線基板3の導体パターン層3bに沿って順次積層されたクラッド層4b、コア層4a、クラッド層4bからなるもので、エポキシ系樹脂からなる有機導波路である。コア層4aの屈折率がクラッド層4bの屈折率よりも大きくなるよう、適宜材料の配合が調整されている。なお、マルチモード光導波路4の材料としては、エポキシ系樹脂のほか、用途に応じてポリイミド系樹脂やアクリル系樹脂等も使用可能である。
The multimode
マルチモード光導波路4における、電気配線基板3の空孔3cに対応する位置には、コア層4aを伝搬してきた光を受光素子2の方(図1の上方)に反射し、出射部4cから出射させるよう、マルチモード光導波路4の光軸に対して45度の傾きをもつ反射面4dが形成され、該反射面4d上には、反射率を高めるためにAu膜が形成されている。
In the multimode
受光用光伝送路5は、エポキシ系樹脂の樹脂から形成されたコア5aとクラッド5bとからなる。受光用光伝送路5は、マルチモード光導波路4を導波し、反射面4dで反射して出力部4cから出射した信号光がコア5aに入射するような、電気配線基板3の空孔3c内の位置でマルチモード光導波路4上に固定されている。なお、受光用光伝送路5の材料としては、エポキシ系樹脂に限るものではなく、用途に応じてポリイミド系樹脂やアクリル系樹脂等も使用可能である。
The light receiving
また、受光用光伝送路5のコア5aの先端部は、上記信号光の伝送方向に向かってその径が小さくなるよう、たとえばテーパー形状となっている。そして、受光素子搭載基板6に固定された受光素子2の受光面は上記受光用伝送路5のコア径の小さい側の端部に対向し、その出射光を受光するように位置合わせされている。この状態で、受光素子搭載基板6は半田7を介して空孔3cの周囲にて電気配線基板3の導体パターン層3bに固定されている。さらに、受光素子搭載基板6、受光用光伝送路5、半田7、空孔3cで囲まれた空隙部には、光透過性樹脂8が充填されている。
Further, the tip of the core 5a of the light receiving
なお、受光素子搭載基板6の表面には所定の回路パターンが形成されており、半田7を介して電気配線基板3の導体パターン層3bと電気的に接続されている。
A predetermined circuit pattern is formed on the surface of the light receiving
上記構成の光結合器は、たとえば次のように作製される。まず第1に、絶縁層3aの片面又は両面に所定の回路を構成する導体パターン層3bを形成した電気配線基板3の一方の面に、エポキシ系樹脂をスピンコートし、クラッド層4b、コア層4aを形成する。フォトリソグラフィによりコア層4aをパターニングした後、さらにエポキシ樹脂をスピンコートしてクラッド層4bを刑成し、マルチモード光導波路4を完成する。そして、ダイシング加工により、マルチモード光導波路4の所定の位置に斜面(反射面)4dを形成し、スパッタリングでAuを蒸着する。また、上記所定の位置に対応した電気配線基板3の部分は、レーザ加工及びエッチングにより、空孔3cを形成する。かくして、電気配線基板3とマルチモード光導波路4とからなる光回路基板9が構成される。
The optical coupler having the above configuration is manufactured as follows, for example. First, an epoxy resin is spin-coated on one surface of an
一方、受光用光伝送路5は、図2に示すように、型枠10の内部にクラッド5bとなる樹脂材を充填し、これが未硬化の状態でテーパー状の先端部を有する型材11を押し込み、クラッド樹脂を硬化させ、クラッド5bを形成する。そして、型材11を除去し、コアとなる樹脂材を充填して硬化させ、コア5aを形成する。しかるのち、型枠10を除去することにより、受光用光伝送路5を得る。
On the other hand, as shown in FIG. 2, the light-receiving
このようにして得られた受光用光伝送路5を、コア径の小さい方の端部が上部となるように電気配線基板3の空孔3c内に配置し、マルチモード光導波路4に光を入射させながら、反射面4dで反射され出力部4cから出力される光がコア5aに入射するように位置合わせして接着剤等により固定する。
The light receiving
次に、受光素子2を受光素子搭載基板6に固定し、受光素子搭載基板を半田(半田ボール)7を介して受光面を受光用光伝送路5のコア5aの端部に対向するように配置し、加熱して半田ボールを溶融・凝固させることによって、受光素子2を固定する。
Next, the
最後に、半田7の隙間から、受光素子搭載基板6、受光用光伝送路5、半田7、空孔3cで囲まれた空隙部に光透過性樹脂8を注入し、固化させる。
Finally, the light-transmitting
以上のように構成された本第1の実施形態に係る光結合器において、不図示の面発光型半導体レーザ素子(VCSEL)からマルチモード光導波路に光結合し、伝搬する信号光12は、マルチモード光導波路内を複数のモードで伝搬する。これら複数のモードは、コア層4aとクラッド層4bとの界面で異なった角度での全反射を繰り返しながら伝搬するため、光源たる半導体レーザ素子から受光素子にまで到達するのに要する時間がそれぞれ異なる。
In the optical coupler according to the first embodiment configured as described above, the
このようなマルチモード信号光12は、反射面4dにて反射し、出力部4cから受光用光伝送路に結合する。このとき、受光用光伝送路のコア5aの先端部は、光の進行方向に向かってコア径が小さくなるテーパー形状となっているので、伝搬光のうち、高次モードの光12bは、図1に示すようにクラッドに放射され、主として基本モードを含む伝搬角度が小さい低次モードの光12aがコア5aを導波伝搬して他端に到達し、受光素子2に入射する。このため、伝搬角度が大きいためにコアとクラッドとの間でより多くの全反射を繰り返して伝搬する高次モード光12bが受光素子に到達する強度が低減されるので、光源たる半導体レーザ素子から受光素子にまで到達するのに要する時間のモードによるばらつきが低減されることになる。よって、伝送容量を向上させることができる。
Such
なお、受光用光伝送路5のコア5aの形状としては、図1又は図2のようなものとしたが、図3に示すように、光の伝送方向に向かって径が減少し、その先端に、シングルモード伝送路部分5a1を有するものとしてもよい。このような構成によれば、受光用光伝送路5を介して基本モードの光を受光素子に到達させ、基本モード以外の高次モードの到達強度を低くすることができるので、より好ましい。
The core 5a of the light receiving
なお、図4は、本第1の実施形態例の第1の変形例に係る光結合器1’を示したものである。上記第1の実施形態例では、受光用光伝送路5は、電気配線基板3の空孔3cに露出したマルチモード光導波路4上に固定されている。これに対し、図4に示す第1の変形例では、受光用光伝送路5が、受光素子2を埋め込むように受光素子搭載基板6上に一体化されている。このような構成は、受光素子とマルチモード光伝送路との位置あわせ作業が簡略化されるという利点を有する。
FIG. 4 shows an
また、図5は、本第1の実施形態例の第2の変形例に係る光結合器1’’を示したものである。上記第1の実施形態例では、電気配線基板3は、マルチモード光導波路4の上側において一つの絶縁層3aの両面に導体パターン層3b、3bを形成したものであったが、図5に示す第2の変形例では、電気配線基板3は、マルチモード光導波路4の上側に複数の絶縁層3aと所定の導体パターン層3bとが交互に積層されるとともに、マルチモード光導波路4の下方にも絶縁層3aと導体パターン層3bとを有している。これにより、複雑な電気回路パターンを形成している。その結果、電気配線基板3は、第1の実施形態における電気配線基板(図1)よりも、マルチモード光導波路4の上側の領域において厚くなっている。本発明では、マルチモード光導波路4を導波し、反射面4dで受光素子2の方に反射した光が、受光用光伝送路5を介して受光素子の方に導波されるので、本第2の変形例のように、マルチモード光導波路4の出力部4cから受光素子2までの距離が大きくならざるを得ない場合であっても、基本モードを含む低次モードの光を、効率よく受光素子2に導くことができる。
FIG. 5 shows an
(第2の実施形態例)
本発明の第2の実施形態例を、図6を用いて説明する。なお、第1の実施形態例と同一機能を有する各構成部については同一符号を付して示し、その重複説明は省略する。
(Second Embodiment)
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In addition, about each component which has the same function as 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and shown, The duplication description is abbreviate | omitted.
図6は、本発明の第2の実施形態例に係る光結合器20を示したものである。本第2の実施形態例が第1の実施形態例と異なる特徴的部分は、受光用伝送路として、マルチモード光導波路4の比屈折率差よりも小さな比屈折率差を有する受光用光伝送路13を有する点にある。なお、図6に示されているように、受光用光伝送路13のコア13aは、光の進行方向に沿って一様な径を有している。
FIG. 6 shows an
受光用光伝送路13とマルチモード光導波路4とは、そのコアサイズはほぼ同一であるが、受光用光伝送路13の比屈折率差がマルチモード光導波路4のものよりも小さい点で異なっている。このため、受光用光伝送路13では、コア13aとクラッド13bとの界面における全反射可能角度が小さくなるので、本第2の実施形態例における受光用光伝送路13のコア13aを導波可能なモードの伝搬角度は、マルチモード光導波路4のコア層4aを導波するモードの伝搬角度の範囲でも小さいものに限定される。したがって、マルチモード光導波路4を導波し、反射面4dで反射され、出力部4cから出射する光により、受光用光伝送路13には、マルチモード光導波路4aを導波していたモードの伝搬角度の範囲の中でも、特に小さいモードが誘起される。このモードの光が、受光素子2に到達する。よって、マルチモード光導波路4のコア4aとクラッド4bとの間でより多くの全反射を繰り返して伝搬する伝搬角度が大きな高次モード光12bが受光素子2に到達する強度が低減されるので、光源たる不図示の半導体レーザ素子から受光素子2にまで到達するのに要する時間のモードによるばらつきが低減されることになる。したがって、本第2の実施形態例による光結合器を用いて、伝送容量を向上させることができる。
The light receiving
(第3の実施形態例)
本発明の第3の実施形態例を、図7を用いて説明する。なお、第1の実施形態例と同一機能を有する各構成部については同一符号を付して示し、その重複説明は省略する。
(Third embodiment)
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In addition, about each component which has the same function as 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and shown, The duplication description is abbreviate | omitted.
図7は、本発明の第3の実施形態例に係る光結合器30を示したものである。本第3の実施形態例が第1の実施形態例と異なる特徴的部分は、受光用伝送路として、シングルモード光導波路である受光用光伝送路13を有する点にある。シングルモード光導波路は、コア13aのサイズを、基本モード以外の高次モードがカットオフとなるようなサイズに選択することによって実現できることは周知の事項である。
FIG. 7 shows an
本第3の実施形態例では、受光用光伝送路14は、使用する光の波長に対してシングルモード導波路であるため、マルチモード光導波路4を導波し、反射面4dで反射され、出力部4cから出射する光により、受光用光伝送路14のコア14aには、基本モードのみが誘起され、主としてこの基本モードの光が受光素子2に到達する。このため、光源たる不図示の半導体レーザ素子から受光素子2にまで到達するのに要する時間のモードによるばらつきが低減されることになる。したがって、本第3の実施形態例による光結合器を用いて、伝送容量を向上させることができる。
In the third embodiment, the light-receiving
(第4の実施形態例)
本発明の第4の実施形態例を、図8を用いて説明する。図8は、本発明の第4の実施形態例に係る光結合器40を示したものである。
(Fourth embodiment)
A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 8 shows an
本発明の第4の実施形態に係る光結合器40は、受光素子搭載基板6に搭載された受光素子2と、受光素子2を埋め込むように受光素子搭載基板6上に一体化された受光用光伝送路15と、受光用光伝送路15に接続されたマルチモード光ファイバ(マルチモード光導波路)16とからなる。本第4の実施形態例では、受光用光伝送路15は、第1の実施形態例における受光用光伝送路5と同様、コア15aの径が、信号光の伝送方向に向かって小さくなるよう、たとえばテーパー形状となっている。また、本第4の実施形態例では、受光用光伝送路15とマルチモード光ファイバ16とは、光透過性の接着剤樹脂17によって、コア16aと15aとが調芯された状態で直接接合されている。
The
以上のように構成された本第4の実施形態例に係る光結合器40では、不図示の光源(半導体レーザ素子など)からマルチモード光ファイバ16に光結合し、伝搬する信号光12は、マルチモード光ファイバ16内を複数のモードで伝搬する。これら複数のモードは、コア16aとクラッド16bとの界面で異なった角度での全反射を繰り返しながら伝搬するため、光源たる半導体レーザ素子等から受光素子にまで到達するのに要する時間がそれぞれ異なる。
In the
このようなマルチモード光12が受光用光伝送路15に結合するとき、受光用光伝送路15のコア15aの先端部は、光の進行方向に向かってコア径が小さくなるテーパー形状となっているので、伝搬光のうち、高次モードの光12bは、図8に示すようにクラッドに放射され、主として基本モードを含む低次モードの光12aがコア15aを導波伝搬して受光素子2に入射する。このため、コアとクラッドとの間でより多くの全反射を繰り返して伝搬する高次モード光12bが受光素子に到達する強度が低減されるので、光源から受光素子にまで到達するのに要する時間のモードによるばらつきが低減されることになる。よって、伝送容量を向上させることができる。
When such
なお、光の伝送方向に向かって径が減少するコア15aを有する受光用光伝送路15に代えて、第2の実施形態例で用いた受光用光伝送路13のように比屈折率差がマルチモード光ファイバ16のものよりも小さい受光用光伝送路を使用してもよいし、第3の実施形態例で用いた受光用光伝送路14のようにシングルモード光導波路である受光用光伝送路を使用してもよい。
Instead of the light receiving
(第5の実施形態例)
本発明の第5の実施形態例を、図9を用いて説明する。図9は、本発明の第5の実施形態例に係る光結合器50を示したものである。
(Fifth embodiment)
A fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 9 shows an
本発明の第5の実施形態に係る光結合器50は、光ファイバ通信に用いられるものであって、受光素子搭載基板51に搭載された受光素子2と、受光素子2を埋め込むように受光素子搭載基板51上に一体化された受光用光伝送路18と、受光素子搭載基板51を支持するベース53と、信号光12を通過させる窓部55を有するケース54と、受光素子搭載基板51とベース53とを貫通して外部に導出されたリードピン52とを有する。受光用光伝送路18は、第1の実施形態例における受光用光伝送路5と同様、コア18aの径が、信号光の伝送方向に向かって小さくなるよう、たとえばテーパー形状となっている。窓部55を有するケース54は、ベース53の周縁部において溶接固定されて受光素子52を気密に封止している。なお、外部に導出されたリードピン52は受光素子2に電気的に接続されている。
An
本第5の実施形態例において、外部から種々のモードで伝搬してきた信号光が、受光用光伝送路18に入射すると、入射した光のうち、高次モードの光はクラッド18bに放出され、主として基本モードを含む低次モードの光がコア18aを伝搬して受光素子2に到達する。したがって、不図示の光源から受光素子にまで到達するのに要する時間のモード、伝搬経路によるばらつきが低減されることになる。よって、伝送容量を向上させることができる。
In the fifth embodiment, when signal light propagated in various modes from the outside is incident on the light receiving
なお、光の伝送方向に向かって径が減少するコア15aを有する受光用光伝送路15に代えて、第3の実施形態例で用いた受光用光伝送路14のようにシングルモードファイバである受光用光伝送路を使用してもよい。
Instead of the light receiving
1,1’,1’’ 光結合器
2 受光素子
3 電気配線基板
3a 絶縁層
3b 導体パターン層
3c 空孔
4 マルチモード光導波路
4a コア層
4b クラッド層
4c 出力部
4d 反射面
5 受光用光伝送路
5a コア
5a1 シングルモード光伝送路部分
5b クラッド
6 受光素子搭載基板
7 半田
8 光透過性樹脂
9 光回路基板
10 型枠
11 型材
12 信号光
12a 基本モードを含む低次モード光
12b 高次モード光
13 受光用光伝送路
13a コア
13b クラッド
14 受光用光伝送路
14a コア
14b クラッド
15 受光用光伝送路
15a コア
15b クラッド
16 マルチモード光ファイバ
16a コア
16b クラッド
17 光透過性接着剤樹脂
18 受光用光伝送路
18a コア
18b クラッド
20 光結合器
30 光結合器
40 光結合器
50 光結合器
51 受光素子搭載基板
52 リードピン
53 ベース
54 ケース
55 窓部
1, 1 ′, 1 ″
Claims (4)
前記受光素子を搭載する受光素子搭載基板と、
前記受光素子と電気的に接続され、該受光素子の受光面に対向する部分に空孔が形成された電気配線基板と、
前記電気配線基板の、前記受光素子が電気的に接続されていない面に積層されたマルチモード光導波路と、
光の伝送方向に向かって径が小さくなるコアと該コアを囲むクラッドとからなる受光用光伝送路を介して、前記受光素子に前記マルチモード光導波路を伝送する光を結合させる光結合手段とを備え、
前記マルチモード光導波路は、前記電気配線基板に形成された空孔に対応する位置に、当該マルチモード光導波路内を伝搬してきた光を前記受光素子の受光面側に反射させる反射面が形成されており、
前記電気配線基板に形成された空孔と前記受光用光伝送路との間に、該電気配線基板の面方向において間隙を有し、
前記受光素子搭載基板は半田を介して前記電気配線基板に固定され、
前記受光素子搭載基板、前記受光用光伝送路、前記半田及び前記空孔で囲まれた空隙部には、光透過性樹脂が充填されており、
前記光結合手段の受光用光伝送路は、前記電気配線基板の空孔内部において、前記マルチモード光導波路の反射面で反射した光が、前記コアに入射する位置に配置されていること
を特徴とする光結合器。 A light receiving element;
A light receiving element mounting substrate on which the light receiving element is mounted;
An electrical wiring board electrically connected to the light receiving element and having a hole formed in a portion facing the light receiving surface of the light receiving element;
A multimode optical waveguide laminated on a surface of the electrical wiring board where the light receiving element is not electrically connected;
Optical coupling means for coupling the light transmitted through the multimode optical waveguide to the light receiving element via a light receiving optical transmission path comprising a core whose diameter decreases in the light transmission direction and a clad surrounding the core; With
The multimode optical waveguide is formed with a reflection surface that reflects light propagating through the multimode optical waveguide toward the light receiving surface of the light receiving element at a position corresponding to a hole formed in the electrical wiring board. And
Between the hole formed in the electrical wiring board and the light receiving optical transmission path, there is a gap in the surface direction of the electrical wiring board,
The light receiving element mounting substrate is fixed to the electric wiring substrate via solder,
The light-receiving element mounting substrate, the light-receiving light transmission path, the void surrounded by the solder and the holes are filled with a light transmissive resin,
The light-receiving optical transmission path of the optical coupling means is disposed at a position where the light reflected by the reflecting surface of the multimode optical waveguide is incident on the core inside the hole of the electrical wiring board. An optical coupler.
前記受光素子を搭載する受光素子搭載基板と、
前記受光素子と電気的に接続され、該受光素子の受光面に対向する部分に空孔が形成された電気配線基板と、
前記電気配線基板の、前記受光素子が電気的に接続されていない面に積層されたマルチモード光導波路と、
前記マルチモード光導波路の比屈折率差よりも小さい比屈折率差を有するコアと該コアを囲むクラッドとからなる受光用光伝送路を介して、前記受光素子に前記マルチモード光導波路を伝送する光を結合させる光結合手段とを備え、
前記マルチモード光導波路は、前記電気配線基板に形成された空孔に対応する位置に、当該マルチモード光導波路内を伝搬してきた光を前記受光素子の受光面側に反射させる反射面が形成されており、
前記電気配線基板に形成された空孔と前記受光用光伝送路との間に、該電気配線基板の面方向において間隙を有し、
前記受光素子搭載基板は半田を介して前記電気配線基板に固定され、
前記受光素子搭載基板、前記受光用光伝送路、前記半田及び前記空孔で囲まれた空隙部には、光透過性樹脂が充填されており、
前記光結合手段の受光用光伝送路は、前記電気配線基板の空孔内部において、前記マルチモード光導波路の反射面で反射した光が、前記コアに入射する位置に配置されていること
を特徴とする光結合器。 A light receiving element;
A light receiving element mounting substrate on which the light receiving element is mounted;
An electrical wiring board electrically connected to the light receiving element and having a hole formed in a portion facing the light receiving surface of the light receiving element;
A multimode optical waveguide laminated on a surface of the electrical wiring board where the light receiving element is not electrically connected;
The multi-mode optical waveguide is transmitted to the light-receiving element via a light-receiving optical transmission line including a core having a relative refractive index difference smaller than that of the multi-mode optical waveguide and a clad surrounding the core. An optical coupling means for coupling light,
The multimode optical waveguide is formed with a reflection surface that reflects light propagating through the multimode optical waveguide toward the light receiving surface of the light receiving element at a position corresponding to a hole formed in the electrical wiring board. And
Between the hole formed in the electrical wiring board and the light receiving optical transmission path, there is a gap in the surface direction of the electrical wiring board,
The light receiving element mounting substrate is fixed to the electric wiring substrate via solder,
The light-receiving element mounting substrate, the light-receiving light transmission path, the void surrounded by the solder and the holes are filled with a light transmissive resin,
The light-receiving optical transmission path of the optical coupling means is disposed at a position where the light reflected by the reflecting surface of the multimode optical waveguide is incident on the core inside the hole of the electrical wiring board. An optical coupler.
前記受光素子を搭載する受光素子搭載基板と、
前記受光素子と電気的に接続され、該受光素子の受光面に対向する部分に空孔が形成された電気配線基板と、
前記電気配線基板の、前記受光素子が電気的に接続されていない面に積層されたマルチモード光導波路と、
コアと該コアを囲むクラッドとからなるシングルモード光導波路である受光用光伝送路を介して、前記受光素子に前記マルチモード光導波路を伝送する光を結合させる光結合手段とを備え、
前記マルチモード光導波路は、前記電気配線基板に形成された空孔に対応する位置に、当該マルチモード光導波路内を伝搬してきた光を前記受光素子の受光面側に反射させる反射面が形成されており、
前記電気配線基板に形成された空孔と前記受光用光伝送路との間に、該電気配線基板の面方向において間隙を有し、
前記受光素子搭載基板は半田を介して前記電気配線基板に固定され、
前記受光素子搭載基板、前記受光用光伝送路、前記半田及び前記空孔で囲まれた空隙部には、光透過性樹脂が充填されており、
前記光結合手段の受光用光伝送路は、前記電気配線基板の空孔内部において、前記マルチモード光導波路の反射面で反射した光が、前記コアに入射する位置に配置されていること
を特徴とする光結合器。 A light receiving element;
A light receiving element mounting substrate on which the light receiving element is mounted;
An electrical wiring board electrically connected to the light receiving element and having a hole formed in a portion facing the light receiving surface of the light receiving element;
A multimode optical waveguide laminated on a surface of the electrical wiring board where the light receiving element is not electrically connected;
An optical coupling means for coupling the light transmitted through the multi-mode optical waveguide to the light-receiving element via a light-receiving optical transmission path that is a single-mode optical waveguide composed of a core and a clad surrounding the core;
The multimode optical waveguide is formed with a reflection surface that reflects light propagating through the multimode optical waveguide toward the light receiving surface of the light receiving element at a position corresponding to a hole formed in the electrical wiring board. And
Between the hole formed in the electrical wiring board and the light receiving optical transmission path, there is a gap in the surface direction of the electrical wiring board,
The light receiving element mounting substrate is fixed to the electric wiring substrate via solder,
The light-receiving element mounting substrate, the light-receiving light transmission path, the void surrounded by the solder and the holes are filled with a light transmissive resin,
The light-receiving optical transmission path of the optical coupling means is disposed at a position where the light reflected by the reflecting surface of the multimode optical waveguide is incident on the core inside the hole of the electrical wiring board. An optical coupler.
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