(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明するが、本発明は本実施形態に限定されるものではない。なお、以下で説明する図面で、同機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略することもある。
【0015】
(第1の実施形態)
図1は、本実施形態に係る光モジュール1の斜視図である。光モジュール1は、光信号の導波および処理を行うための光導波路回路10と、光導波路回路10への電力供給経路を有する電極基板20と、光導波路回路10に接続され、光モジュール1の外部から光信号を入力し、処理後の光信号を光モジュール1の外部へ出力するためのファイバアレイ30とを備える。電極基板20には、電極基板20を介して光導波路回路10に電力を供給するための制御基板40が接続される。
【0016】
制御基板40は、所定厚を有する板状をなし、電極基板20を介して光導波路回路10に電力を供給し、光導波路回路10における光信号に対するネットワーク処理を制御する。すなわち、制御基板40は、光導波路回路10に供給すべき電力の量やタイミングを決定し、該決定にしたがって電極基板20を介して光導波路回路10に電力を供給する。制御基板40は、CPU、メモリ、記憶装置、センサ等、制御に必要な任意の構成を有する。制御基板40をコンピュータに接続し、制御基板40は該コンピュータを介したユーザからの入力にしたがって光信号に対するネットワーク処理を制御するように構成してもよい。また、制御基板40は、制御パターンを予めプログラムとしてメモリまたは記憶装置内に記録しておき、該制御パターンにしたがって自動的に光信号に対するネットワーク処理を制御するように構成してもよい。
【0017】
制御基板40の上面には、電極基板20が支持される。
図2(a)は電極基板20の上面図であり、
図2(b)は光導波路回路10を支持している状態の電極基板20の上面図である。
図3(a)は、電極基板20の断面図であり、
図2(b)のA−A’線における断面を表している。
図3(b)は、電極基板20の断面図であり、
図2(b)のB−B’線における断面を表している。
【0018】
電極基板20は、所定厚を有する板状をなし、表面の一部に光導波路回路10を支持するための光導波路支持面25を有する。電極基板20の表面上で光導波路支持面25に隣接する位置に、基板が板厚方向に切り抜かれることにより形成される2箇所の切り欠き部21が形成されている。そのため、電極基板20の上面形状は、略H字型をなしている。電極基板20は、任意の材料を用いて形成され、材料としては、例えば、アルミナ、窒化アルミニウム等のセラミック材料や、PCB等の有機材料が好適に用いられる。電極基板20は、制御基板40から光導波路回路10への電力供給経路となる電気回路(不図示)を有している。電気回路は、少なくとも光導波路回路10に接続される部分が外部に露出されていれば、電極基板20の内部に設けられてもよく、また電極基板20の表面に設けられてもよい。
【0019】
電極基板20の下面には、電極基板20の電気回路を制御基板40に電気的に接続するための電極端子24が設けられている。本実施形態では電極端子24はピン状の形状であるが、制御基板40と導通可能であればボール状やバンプ状等、任意の形状でよい。
【0020】
電極基板20の光導波路支持面25上には、光導波路回路10が支持される。光導波路回路10は、所定厚を有する板状をなし、少なくとも1本の光導波路11と、光導波路11を取り囲むクラッド部を備えている。光導波路11は、光信号を導波するための伝送路であり、クラッド部よりも屈折率が高い材料で形成されている。このような構成により、光導波路11がコアとして働き、光信号が導波される。クラッド部および光導波路11の材料としては、例えば、石英、シリコン、ポリマー、InPなどの化合物半導体、誘電体等の光が透過可能な材料が用いられ、また該材料には屈折率を調整するための添加剤が加えられてもよい。
【0021】
光導波路回路10は、さらに光導波路11を通る光信号に対してスイッチングや変調等のネットワーク処理を行うための処理回路(不図示)を有する。処理回路は、少なくとも電極基板20に接続される部分が外部に露出されていれば、光導波路回路10の内部に設けられてもよく、また光導波路回路10の表面に設けられてもよい。処理回路としては、熱光学効果(TO効果)によるスイッチングを行うために光導波路11を加熱するヒータや、電気光学効果(EO効果)によるスイッチングを行うために光導波路11に電場を印加する電極など、電気を用いて光導波路11を通る光信号に対するネットワーク処理を行うことが可能な任意の構成を用いることができる。
【0022】
光導波路回路10は、例えば、光スイッチである。また、光導波路回路10は、半導体光増幅器(SOA)等、一部に半導体を用いて光信号へのネットワーク処理を行う回路でもよい。
【0023】
光導波路回路10には、ファイバアレイ30が接続される。ファイバアレイ30は、少なくとも1本の光ファイバ33と、光ファイバ33を固定するためのファイバ固定部34とを有する。ファイバ固定部34の材料としては、例えば、強化ガラス、テンパックスフロート(登録商標)、PYREX(登録商標)等が用いられる。ファイバアレイ30の各光ファイバ33と、光導波路回路10における該光ファイバ33の接続対象の各光導波路11とが1対1で接続されるように、ファイバアレイ30は光導波路回路10に接続される。
【0024】
光導波路回路10は、フリップチップボンディングによって電極基板20に接続されている。すなわち、光導波路回路10の下面および電極基板20の上面の少なくとも一方に導電性のバンプ(突起部)が設けられており、該バンプを介して光導波路回路10の処理回路と電極基板20の電気回路とが電気的に接続されている。
【0025】
ファイバアレイ30が接続されている光導波路回路10が電極基板20に支持されている状態において、電極基板20の切り欠き部21は、光導波路回路10とファイバアレイ30との接続部分の下に位置する。すなわち、電極基板20の切り欠き部21は、光導波路回路10が電極基板20に支持されていない状態においては、光導波路回路10とファイバアレイ30との接続部分に対応する位置に設けられているといえる。
【0026】
切り欠き部21の内面は、光導波路回路10に接続されるファイバアレイ30の端面31に対向する第1の面22と、端面31に隣接するファイバアレイ30の側面32に対向する第2の面23とからなる。第1の面22と端面31とは所定の距離に位置する、すなわち、第1の面22と端面31とは接触または離間するように構成されている。また、第2の面23と側面32とは離間するように構成されている。
【0027】
本実施形態では直方体状の切り欠き部21について第1の面22および第2の面23を規定し、直方体状のファイバアレイ30(ファイバ固定部34)について端面31および側面32を規定している。切り欠き部21およびファイバアレイ30はこの形状に限定されるものではなく、例えば切り欠き部21およびファイバアレイ30が曲面からなる形状であってもよい。そのような場合であっても、ファイバアレイ30が接続されている光導波路回路10が電極基板20に支持されている状態において、切り欠き部21の内面が、ファイバアレイの外表面と接触または離間するように設けられていればよい。
【0028】
本実施形態によれば、電極基板20において光導波路回路10とファイバアレイ30との接続部分に対応する位置に切り欠き部21が設けられているため、電極基板20がファイバアレイ30に干渉することを抑えることができる。
【0029】
一般的に、電極基板20が有する電極端子24同士は互いに接触しないよう離れている必要があるため、単純に電極端子24同士を近づけて電極基板20の面積を縮小することによって、電極基板20とファイバアレイ30との干渉を防ぐことは難しい。また、電極基板20の面積を確保するために、電極基板20をファイバアレイ30の接続方向には短く、該接続方向に垂直な方向には長い長方形状にすることも考えられるが、そのような長細い形状は基板の反りが発生しやすいため好ましくない。それに対して、本実施形態では、電極基板20を正方形に近い形状とすることによって基板の反りの発生を抑制できると同時に、切り欠き部21以外の部分を広げることによって所望の数の電極端子24を配置するために必要な面積を確保することができる。特に基板の反りの発生を抑制するために、電極基板20の上面において、ある方向の長さに対する、該方向に垂直な方向の長さの比は、1.5以下であることが望ましい。
【0030】
例えば、本実施形態の入出力がそれぞれ32×32チャンネルであり、電極端子24をピン状の形状とした場合、光導波路回路10の大きさは約20mm角であり、電極基板20の大きさは、ファイバアレイ30と平行な方向の長さが約90mm、垂直な方向が約90mmである。
なお、電極端子24は、隣接する電極端子24同士を繋ぐ線が三角形となる千鳥配置とし、電極端子24間の間隔は、隣接する電極端子24がなす三角形のうち2辺が1.27mm、一辺が2.54mmとした。また、電極端子24の数は約2080個とした。
【0031】
また、例えば、入出力がそれぞれ8×8チャンネルであり、電極端子24をピン状の形状とした場合、光導波路回路10の大きさは約10mm角の4mm×9mm程度であり、電極基板20の大きさは、ファイバアレイ30と平行な方向の長さが約30mm、垂直な方向が約27mmとなる。
なお、電極端子24は、隣接する電極端子24同士を繋ぐ線が三角形となる千鳥配置とし、電極端子24間の間隔は、隣接する電極端子24がなす三角形のうち2辺が1.27mm、一辺が2.54mmとした。また、電極端子24の数は約140個とした。
【0032】
光導波路回路10とファイバアレイ30との接続作業時には、光導波路11と光ファイバ33とを正確に位置合わせするために、光導波路回路10のファイバアレイ30側の側面12付近の光導波路11が、光導波路回路10の法線方向から視認できるとよい。しかしながら、第1の面22が端面31と接触する、すなわち
図3(b)の距離Sがゼロになるように構成されると、第1の面22と側面12とが揃った状態となるため、側面12付近の光導波路11が電極基板20に完全に隠れてしまう。したがって、接続作業を容易にする面からは、第1の面22と端面31とは、第1の面22と端面31との間の隙間から光導波路11が視認できる程度の距離Sだけ離間していることが、より好ましい。
【0033】
ファイバアレイ30と光導波路回路10との接続作業時には、光導波路11と光ファイバ33との軸合わせのために、ファイバアレイ30をファイバアレイ30中の光信号の進行方向を軸として回転させる場合がある。そのため、ファイバアレイ30が電極基板20の第2の面23に2方向から挟まれている構成の場合には、ファイバアレイ30は光信号の進行方向を軸として回転しても第2の面23に接触しないように構成されることが望ましい。
図4(a)および(b)は、電極基板20およびファイバアレイ30の断面図であり、
図2(c)のC−C’線における断面を表している。ここで、ファイバアレイ30中の光信号の進行方向に垂直な断面において、ファイバアレイ30の最大長(最大断面長という)をLとし、電極基板20の2つの第2の面23の間の距離をWとする。このような定義において、W>Lとなるように電極基板20およびファイバアレイ30を構成すると、
図4(b)のようにファイバアレイ30が光信号の進行方向を軸として回転しても第2の面23に接触しないため、好ましい。
【0034】
本実施形態に係る電極基板20を用いると、電極基板20およびファイバアレイ30の固定強度を向上させることが可能になる。
図4(c)は、電極基板20およびファイバアレイ30の断面図であり、
図2(c)のC−C’線における断面を表している。電極基板20の第2の面23とファイバアレイ30の側面32との間には固定材として樹脂等からなる接着剤50が充填されており、接着剤50によって電極基板20とファイバアレイ30とが固定される。このような構成により、電極基板20とファイバアレイ30とを大きな面積で固定することができるため、従来よりも固定強度を向上させることができる。固定材としては、接着剤に限らず、電極基板20とファイバアレイ30とを固定可能な任意のものを用いてよい。なお、ファイバアレイ30の側面32と第2の面23とが大きく離れてしまうと接着剤50による接着強度が低下する場合があるため、ファイバアレイ30を2つの第2の面23の間で回転可能にすると同時に、ファイバアレイ30の側面32と第2の面23との間の接着強度を向上させるためには、L<W<L+2mmとなるように電極基板20およびファイバアレイ30を構成することがより望ましい。
【0035】
本実施形態に係る電極基板20は、上述の形状に限定されず、光導波路回路10とファイバアレイ30との接続部分に対応する位置に切り欠き部21が設けられている任意の形状でよい。すなわち、切り欠き部21が電極基板20の表面上において光導波路支持面25の周囲の少なくとも一部に隣接する位置に設けられており、ファイバアレイ30が切り欠き部21内に位置するように構成すればよい。
図5(a)〜(d)は他の形状を有する電極基板20の上面図であり、
図6(a)〜(d)は光導波路回路10を支持している状態の
図5(a)〜(d)のそれぞれの電極基板20の上面図である。
【0036】
図5(a)および
図6(a)に示す電極基板20においては、光導波路支持面25上に支持される光導波路基板10について、入力用のファイバアレイ30が接続される面と出力用のファイバアレイ30が接続される面とが同一平面上に位置するように構成されており、1つの切り欠き部21が2つのファイバアレイ30の接続部分の下に位置するように設けられている。
図5(b)および
図6(b)に示す電極基板20においては、光導波路支持面25上に支持される光導波路基板10について、入力用のファイバアレイ30が接続される面と出力用のファイバアレイ30が接続される面とが同一平面上に位置するように構成されており、2つの切り欠き部21がそれぞれ1つのファイバアレイ30の接続部分の下に位置するように設けられている。
図5(c)および
図6(c)に示す電極基板20においては、2つの切り欠き部21が電極基板20の角部に設けられており、2つの切り欠き部21がそれぞれ1つのファイバアレイ30の接続部分の下に位置するように設けられている。
図5(d)および
図6(d)に示す電極基板20においては、光導波路支持面25上に支持される光導波路基板10について、入力用のファイバアレイ30中の光信号の進行方向と出力用のファイバアレイ30中の光信号の進行方向とが互いに垂直な2方向となるように構成されており、2つの切り欠き部21がそれぞれ1つのファイバアレイ30の接続部分の下に位置するように設けられている。
【0037】
本実施形態は、入力用の光ファイバおよび出力用の光ファイバの両方を1つに束ねたファイバアレイを用いる場合にも適用できる。
図7は、入出力を兼ねる1つのファイバアレイ30が接続されている光導波路回路10を支持している状態の
図5(a)の電極基板20の上面図である。
図7に示す電極基板20は、その上に支持される光導波路基板10に単一のファイバアレイ30が接続されるように構成されており、1つの切り欠き部21がファイバアレイ30の接続部分の下に位置するように設けられている。
【0038】
ここに示した電極基板20の形状は一例であり、電極基板20は本発明に係る効果が得られる限り任意の形状でよい。例えば、切り欠き部に代えて、電極基板20表面において、ファイバアレイと光導波路回路との接続部分に対応する位置に貫通孔または凹部を形成してもよい。該貫通孔または凹部の内面をファイバアレイの外表面から所定距離隔てて形成することにより、ファイバアレイと光導波路回路との干渉を回避することができる。
【0039】
図1において、光モジュール1の各構成部材は外部に露出しているが、光導波路回路10とファイバアレイ30との接続部分および光導波路回路10と電極基板20との接続部分を覆うように樹脂を用いて封止してもよい。また、光導波路回路10全体を覆うように樹脂を用いて封止してもよい。
【0040】
(第2の実施形態)
第1の実施形態では、電極端子は電極基板の下面に設けられているが、該下面に隣接する側面に設けられてもよい。
図8(a)は、本実施形態に係る電極基板20の上面図である。
図8(b)は、電極基板20の断面図であり、
図8(a)のD−D’線における断面を表している。本実施形態においては、第1の実施形態と同様に切り欠き部21を有するが、電極端子24が電極基板20の側面に設けられている点で異なる。
図8(a)では電極基板20の1つの側面に電極端子24が設けられているが、ファイバアレイの接続を阻害しない位置であれば電極基板20の1つ以上の側面に設けられてよい。本実施形態によれば、第1の実施形態と同様に、電極基板20において光導波路回路とファイバアレイとの接続部分に対応する位置に切り欠き部21が設けられているため、電極基板20がファイバアレイに干渉することを抑えることができる。
【0041】
(第3の実施形態)
本発明は、光導波路回路と制御基板とを直接フリップチップボンディングによって接続する光モジュールにも適用できる。この場合にも、制御基板は光導波路回路よりも大きくなることがあるため、ファイバアレイを光導波路回路に接続する際に、ファイバアレイが制御基板に衝突するという問題が生じる。一方、制御基板が有する制御回路を縮小することには限界がある。このような場合であっても、本実施形態に係る制御基板を用いることによって、制御回路の実装に必要な面積を確保しつつファイバアレイの接続が可能になる。
【0042】
図9(a)は、本実施形態に係る光モジュール100の斜視図である。光モジュール100は、光信号の導波および処理を行うための光導波路回路110と、光導波路回路110に接続され、光モジュール100の外部から光信号を入力し、処理後の光信号を光モジュール100の外部へ出力するためのファイバアレイ130と、光導波路回路110に電力を供給するための制御基板140とを備える。光導波路回路110は、制御基板140の上面に支持されている。
【0043】
図9(b)は制御基板140の上面図であり、
図9(c)は光導波路回路110を支持している状態の制御基板140の上面図である。制御基板140は、第1の実施形態の制御基板40と機能および材料において共通であるが、形状は
図2〜7に示す第1の実施形態の電極基板20に対応する。
【0044】
制御基板140は、所定厚を有する板状をなし、表面の一部に光導波路回路110を支持するための光導波路支持面145を有する。制御基板140の表面上で光導波路支持面145に隣接する位置に、基板が板厚方向に切り抜かれることにより形成される2箇所の切り欠き部141を有する。そのため、制御基板140の上面形状は、略H字型をなしている。
【0045】
ファイバアレイ130が接続されている光導波路回路110が制御基板140に支持されている状態において、制御基板140の切り欠き部141は、光導波路回路110とファイバアレイ130との接続部分の下に位置する。すなわち、制御基板140の切り欠き部141は、光導波路回路110が制御基板140に支持されていない状態においては、光導波路回路110とファイバアレイ130との接続部分に対応する位置に設けられているといえる。
【0046】
切り欠き部141の内面は、光導波路回路110に接続されるファイバアレイ130の端面131に対向する第1の面142と、端面131に隣接するファイバアレイ130の側面132に対向する第2の面143とからなる。第1の面142と端面131とは所定の距離に位置する、すなわち、第1の面142と端面131とは接触または離間するように構成されている。また、第2の面143と側面132とは離間するように構成されている。
【0047】
本実施形態によれば、制御基板140において光導波路回路110とファイバアレイ130との接続部分に対応する位置に切り欠き部141が設けられているため、制御基板140がファイバアレイ130に干渉することを抑えることができる。
【0048】
本発明は、上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
【0049】
本明細書では光導波路回路を支持するための基板の一例として電極基板および制御基板の形状について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、光導波路回路を支持するための任意の基板に適用することができる。