特許 5966477 受光モジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5966477

(24)【登録日】2016年7月15日

(45)【発行日】2016年8月10日

(54)【発明の名称】受光モジュール

(51)【国際特許分類】

   G02B 6/42 20060101AFI20160728BHJP

   H01L 31/0232 20140101ALI20160728BHJP

【ＦＩ】

   G02B6/42

   H01L31/02 C

【請求項の数】3

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2012-63584(P2012-63584)

(22)【出願日】2012年3月21日

(65)【公開番号】特開2013-195773(P2013-195773A)

(43)【公開日】2013年9月30日

【審査請求日】2015年2月16日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004237

【氏名又は名称】日本電気株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100109313

【弁理士】

【氏名又は名称】机 昌彦

(74)【代理人】

【識別番号】100124154

【弁理士】

【氏名又は名称】下坂 直樹

(72)【発明者】

【氏名】冨田 功

【審査官】 奥村 政人

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００４−０８５９１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１０６３６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２３００３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１６４１４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１２−５２１５７０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ ６／２６− ６／２７

Ｇ０２Ｂ ６／３０− ６／３４

Ｇ０２Ｂ ６／４２− ６／４３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

キャリア基板と、
前記キャリア基板上に実装された光導波路基板と、
前記キャリア基板上に実装されたサブキャリアとを備え、
前記サブキャリアは、
前記光導波路基板からの出射光の方向を前記キャリア基板上面に対して垂直方向に変換する方向変換器と、
前記方向が変換された光を受光する受光素子とを含み、
前記キャリア基板は、
前記サブキャリアの前記キャリア基板上面に対して垂直方向の搭載位置を選択可能に形成された位置選択部を含み、
前記位置選択部は、前記光導波路基板からの水平方向の距離に応じて高さが低くなる段差が設けられている、
ことを特徴とした受光モジュール。

【請求項2】

前記位置選択部は、前記キャリア基板と一体に形成されてなることを特徴とした、
請求項１に記載の受光モジュール。

【請求項3】

前記光導波路基板から出力される光をコリメート光にして前記方向変換器に出射するコリメートレンズを備えることを特徴とした、
請求項１又は２に記載の受光モジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、受光モジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

受光モジュールでは、キャリア基板上に、受信光を導波や分岐などさせる光導波路素子や、ＰＤ（Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ）素子などを集積し、小型、低コスト化を図る構造が多く用いられる。例えば、光導波路素子からの出射光を折り曲げ、ＴＩＡ（ＴｒａｎｓＩｍｐｅｄａｎｃｅ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）やセラミック配線基板と同一のキャリア上に実装されたＰＤへ光を入射する構成が知られている。このような構成は、多チャネルの受光モジュールの小型化に特に有効である。近年では、デジタルコヒーレントレシーバに代表されるような、超高速の光通信の受光モジュールに適用されている。

【0003】

図５は、光通信用の受光に用いられる一般的な受光モジュールの構成を示す図である。同モジュールは、キャリア基板１０００上に光導波路基板２０００とサブキャリア基板７０００とを搭載する。サブキャリア基板７０００は、台座５０００が支持するプリズム４０００とＰＤ６０００とを搭載する。コリメートレンズ３０００は光導波路基板１０００からの出力光をコリメート光とし、プリズム４０００はコリメート光を９０度折り曲げる構造となっている。なお、プリズム１０００にはレンズとプリズムとの機能を一体にしたものを用いることで、部品点数を少なくし光軸調整をし易くすることが可能である。

【0004】

サブキャリア上に集積化することで、プリズムとＰＤとの位置関係の精度は実用上十分担保することが可能である。一方、キャリア基板やサブキャリア基板の加工精度は、光軸ずれの許容値に対して十分には担保されない。したがって、導波路基板からの出射光を精度よく受光素子に受光させるためには、搭載位置の精度を十分に高めるため、サブキャリア基板７０００搭載時のアライメントに工夫を要する。

【0005】

特許文献１に、基板上に載置された光素子アレイに光導波路アレイを接近させ、光路変換ミラーを介して出力される光信号をモニタしながら光導波路アレイと光素子アレイとの光軸を調芯し、光信号の出力が所望の値となる位置で光導波路アレイを基板上に固定する方法が記載されている。

【0006】

しかしながら、光信号をモニタしながら水平方向、垂直方向、素子角度を調整して固定することは、製造コストの面で問題がある。一方、特許文献２には、半導体レーザに素子マーカを、石英系基板上に実装マーカを形成し、素子マーカと実装マーカが同一直線上にくるように位置合わせを行いつつ、半導体レーザを石英系基板上に搭載する方法が記載されている。このような方法は、光信号をモニタしなくても実装できるため、コスト面で有利である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２００９−２８８６１４号公報

【特許文献2】特開２００２−０６２４４７号公報

【発明の開示】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかしながら、特許文献１、２に記載の方法は、基板上に光素子を実装する方法であり、加工精度をより担保しにくいサブキャリア基板のキャリア基板上への搭載に、そのまま適用できるものではない。加えて、特許文献２記載の発明は、高さ方向の位置精度を担保することが考慮されていないため、実用上十分な位置精度を担保することが必ずしもできていなかった。

【0009】

本発明の目的は、上記の課題を解消した受光モジュールを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明によれば、キャリア基板と、
前記キャリア基板上に実装された光導波路基板と、
前記キャリア基板上に実装されたサブキャリアとを備え、
前記サブキャリアは、
前記光導波路基板からの出射光の方向を前記キャリア基板上面に対して垂直方向に変換する方向変換器と、
前記方向が変換された光を受光する受光素子とを含み、
前記キャリア基板は、
前記サブキャリアの前記キャリア基板上面に対して垂直方向の搭載位置を選択可能に形成された位置選択部を含むことを特徴とした受光モジュールが提供される。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、受光素子を有するサブキャリアのキャリア基板上への搭載位置の精度をより向上させた受光モジュールを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】第１の実施形態に係る受光モジュールの構成を示す図である。

【図2】第２の実施形態に係る受光モジュールの構成を示す図である。

【図3】第２の実施形態に係る受光モジュールの構成の具体的な例を示す（ａ）平面図及び（ｂ）側面断面図である。

【図4】第３の実施形態に係る受光モジュールの構成を示す図である。

【図5】光通信用の受光に用いられる一般的な受光モジュールの構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

（第１の実施形態）
次に、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る受光モジュールの構成を示す図である。図１の受光モジュールは、キャリア基板１、キャリア基板１上に実装された光導波路基板２及びキャリア基板１上に実装されたサブキャリア３を備える。サブキャリア３は、方向変換器４及び受光素子５を含む。方向変換器４は、光導波路基板２から出射された光をキャリア基板１に搭載されているサブキャリア３の搭載面に対して垂直下方向に反射する。受光素子５は、方向変換器４が反射した光を受光する。また、キャリア基板１は、位置選択部６を含む。位置選択部６は、サブキャリア３のキャリア基板１の基板上面に対して垂直方向の搭載位置を選択することが可能である。

【0014】

本実施形態によれば、位置選択部６により、基板モジュール及びキャリア基板の形成後に高さ方向の搭載位置を選択することできるため、サブキャリアのキャリア基板上への搭載位置の精度をより向上することが可能となる。また、搭載位置を選択することで調整可能であるため、サブキャリアのキャリア基板上への搭載位置を容易に調整可能である。

【0015】

（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。図２は、第２の実施形態に係る光モジュールの構成を示す図である。図２の受光モジュールは、キャリア基板４０と、コリメートレンズアレイ９０−１、２と、キャリア基板４０上に実装されたＰＬＣ８０及びサブキャリア基板１４０とを備える。ここで、ＰＬＣ８０は、図１における光導波路基板２に相当する。サブキャリア基板１４０は台座１５０に支持されたプリズム１００、ＰＤアレイ１１０を搭載する。ここで、キャリア基板４０、サブキャリア基板１４０は、例えば、金属やセラミック等を加工した基板である。また、サブキャリア基板１４０は、図１におけるサブキャリア３に相当する。ＰＤアレイ１１０は、受光素子５に相当する。プリズム１００は、方向変換器４に相当する。キャリア基板４０は、サブキャリア基板１４０を搭載する部分において階段構造１６０を有する。ここで、階段構造１６０は、図１における位置選択部６に相当する。

【0016】

プリズム１００、台座１５０、ＰＤアレイ１１０は、サブキャリア基板１４０にあらかじめ搭載しておき、これらを搭載したサブキャリア基盤１４０をキャリア基板４０に搭載する。ここで、サブキャリア基板１４０をキャリア基板４０に搭載するとき、階段構造１６０の各段のいずれかを選択して搭載する。階段構造１６０の各段は、前述した加工公差により生じる誤差程度の僅かな高さの差を有している。従って、階段構造１６０のいずれかの段を選択してサブキャリア基板１４０を搭載することにより、搭載高さ位置の微調整を行うことができる。具体的には、コリメートレンズアレイ９０−１、２からの光出力の光軸２００とプリズム１００の入力部が一致するような段を選択する。なお、選択する段によって、コリメートレンズアレイ９０−１、２とプリズム１００の間の距離が異なるが、コリメートレンズアレイ９０−１、２から出力される光はコリメート光であるため、特性への影響は軽微である。

【0017】

図３は、本実施形態に係る受光モジュールの具体的な例を示す（ａ）平面図及び（ｂ）側面断面図である。本実施形態における受光モジュールは、一例として、偏波多重４相位相変調（Ｄｕａｌ Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ：ＤＰ−ＱＰＳＫ）に対応したデジタルコヒーレントレシーバに用いられる受光モジュールについて説明する。

【0018】

図３に示すように、本実施形態における受光モジュールにおいては、パッケージ１０に信号光をパッケージ１０内に入力する光ファイバ２０−１と局発光をパッケージ１０内に入力する光ファイバ２０−２がそれぞれ固定されている。ここで、パッケージ１０は、例えば、金属やセラミック等の材料を加工したものである。パッケージ１０の入力部には、コリメートレンズ３０−１、２が設置されている。

【0019】

パッケージ１０の内部において、キャリア基板４０は、タッププリズム５０、ＰＤ６０、集光レンズ７０−１、２、ＰＬＣ８０、サブキャリア基板１４０を搭載している。サブキャリア基板１４０は、ＰＤアレイ１１０、ＴＩＡ１２０−１〜４、配線基板１３０、台座１５０に支持されたプリズム１００を搭載している。

【0020】

コリメートレンズ３０−１、２は、各光ファイバ２０−１、２からの入力光をコリメート光としてパッケージ内の集光レンズ７０−１、２に出力する。タッププリズム５０は、コリメートレンズ３０−１から出力されるコリメート光の一部をＰＤ６０に分岐し、ＰＤ６０はタッププリズム５０によって分岐されたコリメート光を受光し、信号光の光パワーをモニタする。集光レンズ７０−１、７０−２は、コリメートレンズ３０−１、３０−２から入力されたコリメート光をＰＬＣ８０の入力部に集光する。

【0021】

ＰＬＣ８０は、９０°ハイブリッド干渉計によって構成されるコヒーレントミキサーである。デジタルコヒーレント受光モジュールでは、信号光のTE偏波、TM偏波成分を分岐し、局発光と干渉させることで、各偏波４ポートずつ、計８ポートの出力となっている。コリメートレンズアレイ９０−１、２は、それぞれ４個ずつのコリメートレンズから構成されており、ＰＬＣ８０の８個の出力ポートから出力される光をコリメート光としてプリズム１００に出力する。プリズム１００は、コリメートレンズアレイ９０−１、２から入力された複数のコリメート光を、パッケージ１０の底面方向に反射する。ＰＤアレイ１１０は、８個のＰＤから構成され、プリズム１００から反射された光を上面にて受光する。

【0022】

ＴＩＡ１２０−１〜４は、ＰＤアレイ１１０の８個のＰＤが出力した電流を電圧に変換し、配線基板１４０に出力する。ＰＤアレイ１１０において近接する２個のＰＤが出力する差動信号を１つのＴＩＡによって電圧変換するため、ＴＩＡは４個となっている。また、PDとTIAの間の距離が長くなると受信特性が劣化するため、PDアレイ１１０、TIA１２０−１〜４は可能な限り接近させることが好ましい。なお、配線基板１４０とパッケージ１０は、ワイヤボンディング技術等により電気的に配線され、電気信号はパッケージ外部に出力される。

【0023】

本実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果に加え、キャリア基板４０の階段構造１６０のいずれかの段を選択するだけで、部品の加工交差により生じる誤差を吸収できるため、搭載高さ方向のアライメントを容易にすることができる。

【0024】

（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。図４は、本実施形態による光モジュールの構成の要部を示す拡大図である。本実施形態において、図４の他の構成は第２の実施形態における図２の構成と同様であるため、説明を省略する。

【0025】

本実施形態における光モジュールは、図４のように、サブキャリア基板１４０とキャリア基板４０の間にスペーサ１７０を有している。ここで、スペーサ１７０は金属やセラミック等の材料を加工した基板であり、図１における位置選択部６に相当する。

【0026】

サブキャリア１４０をキャリア基板４０に搭載する際、スペーサ１７０はコリメートレンズアレイ９０−１、２からの光出力の光軸２００とプリズム１００の入力部が一致するような高さを持つものを選択する。

【0027】

本実施形態によれば、第１、２の実施形態と同様の効果に加え、キャリア基板４０をあらかじめ加工する必要がなく単純な部品構成で実現することができるため、低コストにて位置精度補償することが可能である。

【0028】

スペーサ１７０は、前述した加工公差により生じる誤差程度の僅かな高さの差を有する複数種類をあらかじめ用意しても良い。また、スペーサ１７０は、１つのみ使用してもよいし、異なる種類又は同じ種類の複数を併せて使用しても良い。

【0029】

なお、本実施形態におけるスペーサ１７０に代えて、熱硬化樹脂のような樹脂をサブキャリア基板１４０とキャリア基板４０の間に挿入してもよい。

【0030】

以上に記載の実施形態は、本発明の例示であって、本発明においては実施形態に示す以外の様々な構成をとり得る。

【0031】

（実施形態の他の表現）
以上に記載の実施形態の一部又は全部は、以下の付記の様にも記載され得るが、以下には限られない。

【0032】

（付記）
（付記１）
キャリア基板と、
前記キャリア基板上に実装された光導波路基板と、
前記キャリア基板上に実装されたサブキャリアとを備え、
前記サブキャリアは、
前記光導波路基板からの出射光の方向を前記キャリア基板上面に対して垂直方向に変換する方向変換器と、
前記方向が変換された光を受光する受光素子とを含み、
前記キャリア基板は、
前記サブキャリアの前記キャリア基板上面に対して垂直方向の搭載位置を選択可能に形成された位置選択部を含むことを特徴とした受光モジュール。
（付記２）
前記位置選択部は、前記キャリア基板と一体に形成されてなることを特徴とした、
付記１に記載の受光モジュール。
（付記３）
前記位置選択部は、前記光導波路基板からの水平方向の距離に応じて高さが低くなる段差が設けられていることを特徴とした、
付記１又は２に記載の受光モジュール。
（付記４）
前記光導波路基板から出力される光をコリメート光にして前記方向変換器に出射するコリメートレンズを備えることを特徴とした、
付記１〜３いずれかに記載の受光モジュール。
（付記５）
前記位置選択部は、１又は２以上のスペーサであることを特徴とした、
付記１に記載の受光モジュール。
（付記６）
前記位置調整部は、硬化樹脂であることを特徴とした、
付記１に記載の受光モジュール。

【符号の説明】

【0033】

１ キャリア基板
２ 光導波路基板
３ サブキャリア
４ 方向変換器
５ 受光素子
６ 位置選択部
１０ パッケージ
２０−１、２ 光ファイバ
３０−１、２ コリメートレンズ
４０ キャリア基板
５０ タッププリズム
６０ ＰＤ
７０−１、２ 集光レンズ
８０ ＰＬＣ
９０−１、２ コリメートレンズアレイ
１００ プリズム
１１０ ＰＤアレイ
１２０−１〜４ ＴＩＡ
１３０ 配線基板
１４０ サブキャリア基板
１５０ 台座
１６０ 階段構造
１７０ スペーサ
２００ 光軸
１０００ キャリア基板
２０００ 光導波路基板
３０００ コリメートレンズ
４０００ プリズム
５０００ 台座
６０００ ＰＤ
７０００ サブキャリア基板

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】