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(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】
(24)【登録日】2022-12-12
(45)【発行日】2022-12-20
(54)【発明の名称】光導波路、光モジュールおよび電子機器
(51)【国際特許分類】
   G02B 6/125 20060101AFI20221213BHJP
   G02B 6/122 20060101ALI20221213BHJP
   G02B 6/12 20060101ALI20221213BHJP
   G02B 6/42 20060101ALI20221213BHJP
   G02B 6/30 20060101ALN20221213BHJP
【FI】
G02B6/125 301
G02B6/125
G02B6/122 311
G02B6/12 301
G02B6/42
G02B6/30
【請求項の数】 8
(21)【出願番号】P 2018124897
(22)【出願日】2018-06-29
(65)【公開番号】P2020003715
(43)【公開日】2020-01-09
【審査請求日】2021-05-26
(73)【特許権者】
【識別番号】000002141
【氏名又は名称】住友ベークライト株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100091292
【弁理士】
【氏名又は名称】増田 達哉
(74)【代理人】
【識別番号】100091627
【弁理士】
【氏名又は名称】朝比 一夫
(72)【発明者】
【氏名】寺田 信介
【審査官】坂上 大貴
(56)【参考文献】
【文献】特開2007-193049(JP,A)
【文献】米国特許出願公開第2003/0086651(US,A1)
【文献】国際公開第2002/073256(WO,A1)
【文献】特開2006-343516(JP,A)
【文献】特開平04-240605(JP,A)
【文献】特開平09-257419(JP,A)
【文献】特開2010-078724(JP,A)
【文献】特開2001-208925(JP,A)
【文献】特開平08-122547(JP,A)
【文献】特開2012-194285(JP,A)
【文献】中国特許出願公開第101694535(CN,A)
【文献】特開2009-069359(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
G02B 6/12-6/14
6/26-6/27
6/30-6/34
6/42-6/43
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
入射端部における幅の中心点である光入射点を有し、前記光入射点を通過する仮想直線に沿って延在する入射コア部と、
前記入射コア部と光学的に接続され、前記入射コア部よりも幅の広い第1反射部と、
前記入射コア部に隣接して設けられ、前記入射コア部を2つに分岐する分岐部と、
それぞれ前記分岐部から延在し、曲線状をなす部位を含む、本線コア部および支線コア部と、
前記支線コア部と光学的に接続され、前記支線コア部よりも幅の広い第2反射部と、
を備える分岐パターンが前記仮想直線に交差する方向に沿って並ぶように複数形成されているコア層を有し、
前記仮想直線は、前記本線コア部の幅の中心点の集合体である本線中心軸と、前記支線コア部の幅の中心点の集合体である支線中心軸と、の間を延在しており、
前記本線コア部は、前記仮想直線に沿った長さが、前記支線コア部の前記仮想直線に沿った長さよりも長く、
前記支線コア部は、その延在方向に沿って前記分岐部から遠ざかるように移動するとき、前記コア層の平面視において前記支線中心軸の接線と前記仮想直線とのなす角度の鋭角側が徐々に小さくなるように曲がっている第1形状曲線部と、前記コア層の平面視において前記支線中心軸の接線と前記仮想直線とのなす角度の鋭角側が徐々に大きくなるように曲がっている第2形状曲線部と、を含み、
前記入射コア部、前記分岐部および前記支線コア部の前記仮想直線に沿った合計の長さは、800~10000μmであり、
前記支線コア部の出射端部における幅の中心点を支線出射点とし、前記仮想直線の延在方向において前記支線出射点の位置における前記本線コア部の幅の中心点を本線中心点とし、前記仮想直線と前記本線中心点との距離をA[μm]とし、前記仮想直線と前記支線出射点との距離をB[μm]としたとき、A+Bが50~150μmであり、かつ、A/(A+B)が0.05~0.40であり、
前記第1反射部を介して発光素子からの光が前記入射コア部に入射されるとともに、前記第2反射部を介して前記支線コア部からの光が受光素子に入射するように用いられることを特徴とする光導波路。
【請求項2】
前記入射コア部の幅は、20~80μmである請求項1に記載の光導波路。
【請求項3】
前記支線コア部は、その延在方向に沿って前記分岐部から遠ざかるように移動するとき、幅が徐々に広がっている幅漸増部を含む請求項1または2に記載の光導波路。
【請求項4】
前記本線コア部から出射する光強度を本線出射強度とし、前記支線コア部から出射する光強度を支線出射強度とするとき、前記本線出射強度に対する前記支線出射強度の比は、-20~-10dBである請求項1ないし3のいずれか1項に記載の光導波路。
【請求項5】
前記コア層の主材料は、樹脂材料である請求項1ないし4のいずれか1項に記載の光導波路。
【請求項6】
前記コア層を厚さ方向に貫通する第1凹部および第2凹部を備え、
前記第1反射部は、前記第1凹部の内面の一部であり、
前記第2反射部は、前記第2凹部の内面の一部である請求項1ないし5のいずれか1項に記載の光導波路。
【請求項7】
請求項1ないし6のいずれか1項に記載の光導波路と、
前記光導波路と光学的に接続されている発光素子と、
前記光導波路と光学的に接続されている受光素子と、
を有することを特徴とする光モジュール。
【請求項8】
請求項1ないし6のいずれか1項に記載の光導波路を備えることを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、光導波路、光モジュールおよび電子機器に関するものである。
【背景技術】
【0002】
光導波路では、コア部の一端から導入された光が、クラッド部との境界で反射しながら他端に搬送される。光導波路の入射側には半導体レーザー等の発光素子が配置され、出射側にはフォトダイオード等の受光素子が配置される。発光素子から入射された光は光導波路を伝搬し、受光素子により受光され、受光した光の明滅パターンまたはその強弱パターンに基づいて光通信を行う。
【0003】
このような光通信では、外部環境や経時変化等の理由によって発光素子の特性が変化し、それに伴って光導波路に入射する光強度が変化することがある。このような光強度の変化は、光通信の安定性を低下させる原因となる。
【0004】
そこで、特許文献1には、発光素子と、発光素子から出射する光を伝搬させる主導波路コアと、主導波路コアから分岐するモニター用導波路コアと、モニター用導波路コアから出射する光を受光する受光素子と、主導波路コアを伝搬する光の伝搬方向を変換する反射面となる空孔と、を備える光導波路モジュールが開示されている。この光導波路モジュールは、主導波路コアから分岐するモニター用導波路コアを備えているため、発光素子の発光強度の経時変化を察知することができる。これにより、例えば発光強度が一定になるように発光素子の駆動を制御することが可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開2007-057760号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、特許文献1に記載の光導波路モジュールでは、主導波路コア(本線コア部)と空孔との界面(反射部)におけるフレネル反射を利用して、光導波路の面内において光の伝搬方向を変換している。このため、空孔やモニター用導波路コア(支線コア部)を配置するためのスペースを広く確保する必要があり、それに伴って光導波路モジュールの小型化が難しくなるという問題がある。特に、光導波路モジュールの小型化を図る場合、空孔についても小型化する必要があり、そうするとモニター用導波路コアから出射する光強度を十分に確保することができない。また、空孔を設ける分、主導波路コアの幅もある程度広くしておく必要があり、主導波路コアを並列して配置する場合の配置密度を高めることが難しいという問題もある。
【0007】
さらに、微小な反射面の面精度を高めることは容易ではないことから、フレネル反射を利用した光路変換では、過剰損失が大きいという問題がある。
【0008】
本発明の目的は、本線コア部から出射する光強度と支線コア部から出射する光強度とのバランスが良好であり、過剰損失が小さく、かつ、小型化が図られた光導波路、ならびに、かかる光導波路を備える信頼性の高い光モジュールおよび電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0009】
このような目的は、下記(1)~(8)の本発明により達成される。
(1) 入射端部における幅の中心点である光入射点を有し、前記光入射点を通過する仮想直線に沿って延在する入射コア部と、
前記入射コア部と光学的に接続され、前記入射コア部よりも幅の広い第1反射部と、
前記入射コア部に隣接して設けられ、前記入射コア部を2つに分岐する分岐部と、
それぞれ前記分岐部から延在し、曲線状をなす部位を含む、本線コア部および支線コア部と、
前記支線コア部と光学的に接続され、前記支線コア部よりも幅の広い第2反射部と、
を備える分岐パターンが前記仮想直線に交差する方向に沿って並ぶように複数形成されているコア層を有し、
前記仮想直線は、前記本線コア部の幅の中心点の集合体である本線中心軸と前記支線コア部の幅の中心点の集合体である支線中心軸との間を延在しており、
前記本線コア部は、前記仮想直線に沿った長さが、前記支線コア部の前記仮想直線に沿った長さよりも長く、
前記支線コア部は、その延在方向に沿って前記分岐部から遠ざかるように移動するとき、前記コア層の平面視において前記支線中心軸の接線と前記仮想直線とのなす角度の鋭角側が徐々に小さくなるように曲がっている第1形状曲線部と、前記コア層の平面視において前記支線中心軸の接線と前記仮想直線とのなす角度の鋭角側が徐々に大きくなるように曲がっている第2形状曲線部と、を含み、
前記入射コア部、前記分岐部および前記支線コア部の前記仮想直線に沿った合計の長さは、800~10000μmであり、
前記支線コア部の出射端部における幅の中心点を支線出射点とし、前記仮想直線の延在方向において前記支線出射点の位置における前記本線コア部の幅の中心点を本線中心点とし、前記仮想直線と前記本線中心点との距離をA[μm]とし、前記仮想直線と前記支線出射点との距離をB[μm]としたとき、A+Bが50~150μmであり、かつ、A/(A+B)が0.05~0.40であり、
前記第1反射部を介して発光素子からの光が前記入射コア部に入射されるとともに、前記第2反射部を介して前記支線コア部からの光が受光素子に入射するように用いられることを特徴とする光導波路。
【0010】
(2) 前記入射コア部の幅は、20~80μmである上記(1)に記載の光導波路
【0013】
(3) 前記支線コア部は、その延在方向に沿って前記分岐部から遠ざかるように移動するとき、幅が徐々に広がっている幅漸増部を含む上記(1)または(2)に記載の光導波路。
【0014】
(4) 前記本線コア部から出射する光強度を本線出射強度とし、前記支線コア部から出射する光強度を支線出射強度とするとき、前記本線出射強度に対する前記支線出射強度の比は、-20~-10dBである上記(1)ないし(3)のいずれかに記載の光導波路。
(5) 前記コア層の主材料は、樹脂材料である上記(1)ないし(4)のいずれかに記載の光導波路。
【0015】
(6) 前記コア層を厚さ方向に貫通する第1凹部および第2凹部を備え、
前記第1反射部は、前記第1凹部の内面の一部であり、
前記第2反射部は、前記第2凹部の内面の一部である上記(1)ないし(5)のいずれかに記載の光導波路。
【0016】
(7) 上記(1)ないし(6)のいずれかに記載の光導波路と、
前記光導波路と光学的に接続されている発光素子と、
前記光導波路と光学的に接続されている受光素子と、
を有することを特徴とする光モジュール。
【0017】
(8) 上記(1)ないし(6)のいずれかに記載の光導波路を備えることを特徴とする電子機器。
【発明の効果】
【0018】
本発明によれば、本線コア部から出射する光強度と支線コア部から出射する光強度とのバランスが良好であり、過剰損失が小さく、かつ、小型化が図られた光導波路が得られる。
また、本発明によれば、信頼性の高い光モジュールおよび電子機器が得られる。
【図面の簡単な説明】
【0019】
図1】本発明の光モジュールの第1実施形態を示す断面図である。
図2図1に示す光モジュールのうち筐体やレセプタクルを除く部位を示す平面図である。
図3図2に示す光導波路の平面図である。
図4図3に示す光導波路の部分拡大斜視図である。
図5図3に示す支線コア部を拡大して示す図である。
図6図5に示す第2形状曲線部を模式的に強調して示す図である。
図7図5に示す第1形状曲線部を模式的に強調して示す図である。
図8】本発明の光モジュールの第2実施形態に含まれる光導波路の一部を示す平面図である。
図9図8に示す光導波路よりも分岐比を小さくした光導波路を示す平面図である。
図10】本発明の光モジュールの第3実施形態に含まれる光導波路の一部を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【0020】
以下、本発明の光導波路、光モジュールおよび電子機器について添付図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。
【0021】
≪第1実施形態≫
<光モジュール>
まず、本発明の光モジュールの第1実施形態および本発明の光導波路の第1実施形態について説明する。
【0022】
図1は、本発明の光モジュールの第1実施形態を示す断面図である。また、図2は、図1に示す光モジュールのうち筐体やレセプタクルを除く部位を示す平面図である。
【0023】
図1に示す光モジュール100(第1実施形態に係る光モジュール)は、光導波路1(第1実施形態に係る光導波路)と、電気基板2と、光導波路1と光学的に接続されている発光素子31および受光素子32と、制御素子4と、レンズアレイ5と、レセプタクル61と、筐体7と、を有している。このような光モジュール100では、発光素子31で出射した光を光導波路1に導入するとともに内部で通信用の光とモニター用の光とに分配する。そして、モニター用の光を受光素子32で受光し、その光強度を監視しつつ、通信用の光に十分な光強度を確保して、高品質な光通信が可能になっている。
【0024】
このうち、図1に示す電気基板2は、絶縁基板21と、絶縁基板21の上面に設けられた導電層22および接点23と、を備えている。
【0025】
また、図1に示す電気基板2の上面には、発光素子31と、受光素子32と、制御素子4と、が搭載されている。これらの素子と導電層22との間は、図示しないボンディングワイヤーを介して電気的に接続されている。なお、この接続構造は、ボンディングワイヤーに限定されず、その他の構造、例えばフリップチップボンディング等で代替されてもよい。
【0026】
発光素子31としては、例えば、面発光レーザー(VCSEL)、発光ダイオード(LED)、有機EL素子等が挙げられる。
【0027】
また、受光素子32としては、例えば、フォトダイオード(PD、APD)、フォトトランジスター等が挙げられる。
【0028】
また、制御素子4としては、例えば、ドライバーIC、トランスインピーダンスアンプ(TIA)、リミッティングアンプ(LA)、またはこれらの素子を複合したコンビネーションIC等が挙げられる。
【0029】
なお、電気基板2には、上述した素子以外に、CPU(中央演算処理装置)、MPU(マイクロプロセッサーユニット)、LSI、IC、RAM、ROM、コンデンサー、コイル、抵抗、ダイオード等が搭載されていてもよい。
【0030】
また、図1に示す電気基板2の左端には、導電層22と電気的に接続された接点23が設けられている。そして、この接点23が設けられた部分は、図1に示す電気配線81の右端に取り付けられた電気コネクター82に挿入され、嵌合している。これにより、電気コネクター82を介して電気基板2と電気配線81との間が電気的に接続されている。その結果、光モジュール100に対して外部からの電気的接続が図られる。
【0031】
一方、図1、2に示す光導波路1は、シート状をなしており、内部に形成されたコア部14が導光路になっている。
【0032】
また、光導波路1の右端には、MT型光コネクター62が装着されている。このMT型光コネクター62は、レセプタクル61に対してその左側から挿入されている。すなわち、レセプタクル61の左側には、MT型受容部611が形成されており、そのMT型受容部611にMT型光コネクター62が挿入されている。
【0033】
また、光導波路1には、反射部16a(第1反射部)が形成されている。この反射部16aを介して図1の左右方向に延在する光路P1が、図1の上下方向に延在する光路P2に変換されている。この光路P2により、光導波路1と発光素子31および受光素子32との間がそれぞれ光学的に接続されている。なお、図1に示す光路P1、P2は、それぞれ光が伝搬する経路の一例を示している。
【0034】
レンズアレイ5は、光導波路1と電気基板2との間に設けられている。図1に示すレンズアレイ5は、底部51と、底部51の縁から下方に向かって立設された壁部52と、を備えている。そして、壁部52の下面が電気基板2の上面に接合され、底部51の上面に光導波路1が接合されている。これにより、底部51、壁部52および電気基板2で取り囲まれた空洞53が形成される。また、この空洞53には、前述した発光素子31、受光素子32および制御素子4が収まっている。これにより、発光素子31、受光素子32および制御素子4を外部環境や異物付着等から保護することができる。
【0035】
レンズアレイ5は、光透過性を有しており、光路P2を通過させることができる。また、底部51にはレンズ54が形成されている。このレンズ54は、例えば凸レンズであり、光路P2を伝搬する光を目的とする位置に集束することができる。
【0036】
なお、レンズアレイ5には、レンズ54の他に、回折格子、偏光子、プリズム、フィルター等が設けられていてもよい。
【0037】
また、レセプタクル61の右側には、MPO型受容部612が形成されている。そして、このMPO型受容部612には、光ファイバー91の左端に取り付けられたMPO型光コネクター92が挿入され、嵌合している。これにより、光ファイバー91と光導波路1との間が光学的に接続されている。その結果、光モジュール100に対して外部からの光学的接続が図られる。
【0038】
筐体7は、電気配線81や電気コネクター82および光ファイバー91やMPO型光コネクター92を除く各部を収納する箱状の部材である。このような筐体7に収納することにより、各部を外部環境から保護し、光モジュール100の信頼性および可搬性高めることができる。
【0039】
なお、筐体7の一部には貫通孔が設けられ、そこから電気基板2の接点23が設けられた部分が突出している。これにより、接点23に対して電気コネクター82を容易に装着することができる。また、同様に、筐体7の一部に設けられた貫通孔からレセプタクル61のMPO型受容部612が露出している。これにより、MPO型受容部612に対してMPO型光コネクター92を挿入するだけで、光モジュール100に対して光ファイバー91を容易に接続することができる。
【0040】
筐体7の構成材料としては、例えばステンレス鋼、アルミニウム合金、チタン合金のような金属材料の他、各種樹脂材料、各種セラミックス材料等が挙げられる。
【0041】
<光導波路>
次に、光導波路1について説明する。
【0042】
図3は、図2に示す光導波路の平面図である。また、図4は、図3に示す光導波路の部分拡大斜視図である。
【0043】
前述したように、光導波路1は、シート状をなしており、図3の下から上に向かって出射された光を、コア部14に入射させ、通信することが可能になっている。
【0044】
本実施形態に係る光導波路1は、図4の下側から、下側保護層17、クラッド層11、コア層13、クラッド層12、および上側保護層18がこの順で積層されてなる積層体10を備えている。また、コア層13中には、図3の上下方向に延在する長尺状のコア部14と、コア層13の厚さ方向から見てコア部14の側面に隣接して設けられた側面クラッド部15と、が形成されている。
【0045】
一方、図3、4に示す光導波路1は、前述したように、図1に示す光路P1と光路P2との間を相互に変換する反射部16aを備えている。この反射部16aは、図4に示すように、積層体10の上面に開口し、コア層13を貫通する凹部160の内面の一部である。すなわち、反射部16aは、空洞である凹部160とコア部14との界面の一部である。このため、反射部16aでは、屈折率差に基づくフレネル反射によって光路P1と光路P2との間を相互に変換することができる。具体的には、図1の左右方向に延在する光路P1と、図1の上下方向に延在する光路P2と、の間が相互に変換される。
以下、光導波路1の各部についてさらに詳述する。
【0046】
-コア層-
図4に示すコア層13中に形成されているコア部14は、その側面が、側面クラッド部15およびクラッド層11、12で囲まれている。そして、コア部14の屈折率は、側面クラッド部15やクラッド層11、12の屈折率よりも高くなっている。これにより、コア部14に光を閉じ込めて伝搬させることができる。
【0047】
コア層13において、光路P1に直交する面内における屈折率分布は、いかなる分布であってもよく、例えば屈折率が不連続的に変化したいわゆるステップインデックス(SI)型の分布であってもよく、屈折率が連続的に変化したいわゆるグレーデッドインデックス(GI)型の分布であってもよい。
【0048】
また、コア部14の光路P1に直交する面による断面形状は、特に限定されず、真円、楕円形、長円形等の円形、三角形、四角形、五角形、六角形等の多角形、その他の異形状であってもよい。
【0049】
また、コア層13を厚さ方向から見たとき、コア部14は、その延在方向の途中で2つに分岐している。これにより、光信号を2つに分配することができる。なお、この分岐構造については後に詳述する。
【0050】
また、コア層13の平均厚さは、特に限定されないが、1~200μm程度であるのが好ましく、5~100μm程度であるのがより好ましく、10~70μm程度であるのがさらに好ましい。これにより、光導波路1の伝送効率の低下を抑えつつ光導波路1の薄型化を図ることができる。
【0051】
コア層13の構成材料(主材料)としては、例えば、アクリル系樹脂、メタクリル系樹脂、ポリカーボネート、ポリスチレン、エポキシ系樹脂やオキセタン系樹脂のような環状エーテル系樹脂、ポリアミド、ポリイミド、ポリベンゾオキサゾール、ポリシラン、ポリシラザン、シリコーン系樹脂、フッ素系樹脂、ポリウレタン、ポリオレフィン系樹脂、ポリブタジエン、ポリイソプレン、ポリクロロプレン、ポリエチレンテレフタレート(PET)やポリブチレンテレフタレート(PBT)のようなポリエステル、ポリエチレンサクシネート、ポリサルフォン、ポリエーテル、また、ベンゾシクロブテン系樹脂やノルボルネン系樹脂等の環状オレフィン系樹脂のような各種樹脂材料等が挙げられる。なお、樹脂材料には、異なる組成のものを組み合わせた複合材料も用いられる。
【0052】
-クラッド層-
クラッド層11、12の平均厚さは、それぞれ1~200μm程度であるのが好ましく、3~100μm程度であるのがより好ましく、5~60μm程度であるのがさらに好ましい。これにより、光導波路1が必要以上に厚膜化するのを防止しつつ、クラッド層11、12としての機能が確保される。
【0053】
また、クラッド層11、12の構成材料としては、例えば、前述したコア層13の構成材料と同様の材料を用いることができるが、特に(メタ)アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリイミド系樹脂、フッ素系樹脂、およびポリオレフィン系樹脂からなる群から選択される少なくとも1種であるのが好ましく、(メタ)アクリル系樹脂またはエポキシ系樹脂がより好ましい。
【0054】
なお、クラッド層11、12は、必要に応じて設けられればよく、省略されてもよい。このとき、例えばコア層13が外気(空気)に曝されていれば、その外気がクラッド層11、12として機能する。
【0055】
-保護層-
図4に示す光導波路1では、下側保護層17および上側保護層18がコア層13やクラッド層11、12を保護し、外部環境等に起因したコア部14の伝送効率の低下を抑制することができる。
【0056】
下側保護層17および上側保護層18の構成材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリエチレン、ポリプロピレンのようなポリオレフィン、ポリイミド、ポリアミド等の各種樹脂を含む材料が挙げられる。
【0057】
下側保護層17および上側保護層18の平均厚さは、特に限定されないが、5~500μm程度であるのが好ましく、10~400μm程度であるのがより好ましい。
【0058】
また、下側保護層17および上側保護層18は、互いに同じ構成であっても互いに異なる構成であってもよい。
【0059】
なお、下側保護層17および上側保護層18は、それぞれ必要に応じて設けられればよく、少なくとも一方が省略されていてもよい。
【0060】
-凹部-
凹部160は、コア部14の延在方向の端部に設けられている。そして、凹部160の内面に設けられた反射部16aは、コア部14の光路P1に対して傾斜する面である。この反射部16aの傾斜角度に応じて、光路P1の変換角度を調整することができる。
【0061】
図4に示す凹部160は、コア層13の面内において光路P1と直交する方向から見たとき、下方に頂点を持つ三角形に準じた形状をなしている。そして、反射部16aは、図4に示すように、クラッド層11からコア層13およびクラッド層12を経て上側保護層18に至るまでの間に連続して形成された平坦面である。なお、凹部160の形状は、図4に示す形状に限定されず、いかなる形状であってもよい。
【0062】
また、反射部16aの傾斜角度は、特に限定されないが、図1に示す光導波路1の下面を基準面としたとき、基準面と反射部16aとがなす角度の鋭角側は、30~60°程度であるのが好ましく、40~50°程度であるのがより好ましい。傾斜角度を前記範囲内に設定することにより、反射部16aにおいてコア部14の光路P1を効率よく変換し、光路変換に伴う損失を抑制することができる。
【0063】
なお、凹部160の最深部の位置、すなわち三角形の頂点の位置は、特に限定されないが、少なくともコア層13よりもクラッド層11側であるのが好ましい。
【0064】
また、本実施形態に係るコア層13には、凹部160に対応する位置に設けられ、コア部14よりも幅が広い拡幅部141が形成されている。すなわち、図3に示すように、コア層13を平面視したとき、拡幅部141は、凹部160を内包するような長方形をなしており、かつ、コア部14の図3における上端に隣接している。この拡幅部141の屈折率は、コア部14と同様、側面クラッド部15やクラッド層11、12の屈折率よりも高くなっている。このような拡幅部141を設けることにより、反射部16aのうち、コア層13の断面に露出する材料は、コア部14を構成する材料、すなわち、側面クラッド部15やクラッド層11、12よりも屈折率の高い材料となる。このため、反射部16aにおける屈折率差をより大きくすることができ、反射率を高めるとともに、反射損失を低減することができる。
【0065】
また、本実施形態に係る光導波路1は、図3に示すように、後述する支線コア部194の下方に設けられ、光路P1と光路P2との間を相互に変換する反射部16b(第2反射部)を備えている。この反射部16bは、図4に示す積層体10の上面に開口し、コア層13を貫通する凹部161の内面の一部である。すなわち、反射部16bは、空洞である凹部161とコア部14との界面の一部である。このため、反射部16bでは、屈折率差に基づくフレネル反射によって光路P1と光路P2との間を相互に変換することができる。具体的には、図1の左右方向に延在する光路P1と、図1の上下方向に延在する光路P2と、の間が相互に変換される。
【0066】
また、本実施形態に係るコア層13には、凹部161に対応する位置に設けられ、コア部14よりも幅が広い拡幅部142が形成されている。すなわち、図3に示すように、コア層13を平面視したとき、拡幅部142は、凹部161を内包するような長方形をなしており、かつ、コア部14の図3における下端に隣接している。この拡幅部142の屈折率は、コア部14と同様、側面クラッド部15やクラッド層11、12の屈折率よりも高くなっている。このような拡幅部142を設けることにより、反射部16bのうち、コア層13の断面に露出する材料は、側面クラッド部15やクラッド層11、12よりも屈折率の高い材料となる。このため、反射部16bにおける屈折率差をより大きくすることができ、反射率を高めるとともに、反射損失を低減することができる。
【0067】
なお、本実施形態では、凹部160、161内を空気が占めているが、その代わりにコア部14よりも低屈折率の材料で占められていてもよい。
【0068】
また、凹部160、161に代えて、コア層13の厚さ方向に光路を曲げる湾曲導波路が設けられていてもよい。
【0069】
-分岐パターン-
図3に示す光導波路1は、前述したように分岐構造を含む複数のコア部14と拡幅部141および拡幅部142とが形成されたコア層13を有している。すなわち、コア層13は、分岐パターン19に形成された複数のコア部14と拡幅部141および拡幅部142とを有している。
【0070】
この分岐パターン19に形成されているコア部14は、入射コア部191と、入射コア部191を2つに分岐する分岐部192と、分岐部192からそれぞれ図3における下方に向かって延在する本線コア部193および支線コア部194と、を備えている。
【0071】
このうち、入射コア部191では、図3に示すコア部14の上端部が入射端部1911として用いられる。すなわち、入射端部1911に光を入射することにより、コア部14に光を伝搬させることができる。また、入射端部1911における幅の中心点を光入射点1911aとする。
【0072】
入射コア部191は、光入射点1911aを通過する仮想直線VLを引いたとき、仮想直線VLに沿って延在する。本実施形態では、光入射点1911aを通過して図3の上下方向に延在する仮想直線VLを仮想しているので、入射コア部191は、図3の上下にわたって直線状に延在する部位となる。
【0073】
仮想直線VLに沿った入射コア部191の長さは、特に限定されないが、30μm以上であるのが好ましく、50μm以上500μm以下であるのがより好ましく、100μm以上300μm以下であるのがさらに好ましい。これにより、後述する分岐部192に対して安定的に光を入射させることができる。
【0074】
図3における入射コア部191の下端には、分岐部192が隣接している。分岐部192は、前述したように、入射コア部191を2つに分岐している。そして、分岐部192からは、後述する本線コア部193と支線コア部194とが延在している。
【0075】
なお、図3における分岐部192の下端は、本線コア部193の外縁と支線コア部194の外縁とが交差する位置、つまり図3に示す交差点1921とする。したがって、分岐部192は、図3に示す入射コア部191の下端から交差点1921までの部位となる。
【0076】
また、図3に示す分岐部192は、その幅が下方に向かって徐々に拡大するようになっている。これにより、本線コア部193と支線コア部194の2本を接続するにあたって、分岐損失を最小限に抑えることができる。
【0077】
このような分岐パターン19が形成されていることにより、入射端部1911から入射した光は、2つに分配され、本線コア部193と支線コア部194からそれぞれ出射する。したがって、例えば本線コア部193から通信用の光を取り出す一方、支線コア部194からモニター用の光を取り出すことができる。このモニター用の光は、通信用の光に影響を与えることなく、例えば入射端部1911から入射した光の品質を検査するために用いられる。したがって、例えばモニター用の光の光強度を検出することにより、発光素子31の健全性を監視することができる。
【0078】
ここで、本実施形態に係る分岐パターン19は、以下の4つの条件を満たしている。
[1]仮想直線VLが、本線中心軸C1と支線中心軸C2との間を延在していること
[2]入射コア部191、分岐部192および支線コア部194の、仮想直線VLに沿った合計の長さL1が、800~10000μmであること
[3]仮想直線VLと本線中心点1932aとの距離をA[μm]とし、仮想直線VLと支線出射点1943aとの距離をB[μm]としたとき、A+Bが50~150μmであること
[4]A/(A+B)が0.05~0.40であること
以下、[1]~[4]について順次説明する。
【0079】
[1]仮想直線VLが、本線中心軸C1と支線中心軸C2との間を延在していること
本線コア部193は、図3における分岐部192の下端からコア層13の下端にかけて延在している。一方、支線コア部194は、図3における分岐部192の下端から前述した拡幅部142にかけて延在している。
【0080】
本線コア部193および支線コア部194は、分岐部192で分岐した後、図3の下方に向かうにつれて互いの距離が徐々に広がるように延在している。そして、本線コア部193の幅の中心点の集合体を本線中心軸C1とし、支線コア部194の幅の中心点の集合体を支線中心軸C2としたとき、仮想直線VLは、本線中心軸C1と支線中心軸C2との間を延在している。つまり、仮想直線VLは、本線中心軸C1および支線中心軸C2の双方と交差することなく、これらの間に引かれている。
【0081】
このような分岐パターン19によれば、例えば仮想直線VLが上記のように引かれていない場合に比べて、全体の幅、すなわち仮想直線VLに直交する方向における分岐パターン19の長さを短くすることができる。このため、例えば図3に示すように複数の分岐パターン19を並列に配置したとき、配置の密度を高めやすくなる。その結果、小型化と多チャンネル化とを両立させた光導波路1および光モジュール100を実現することができる。
【0082】
[2]入射コア部191、分岐部192および支線コア部194の、仮想直線VLに沿った合計の長さL1が、800~10000μmであること
分岐パターン19は、前述したように、入射コア部191、分岐部192、本線コア部193および支線コア部194を備えている。このうち、入射コア部191、分岐部192および支線コア部194からなる一連の部位の、仮想直線VLに沿った全体の長さL1は、800~10000μmである。
【0083】
このような分岐パターン19によれば、光導波路1や光モジュール100の小型化を図ることができる。なお、長さL1が前記下限値を下回ると、本線コア部193や支線コア部194をより大きな曲率で曲げなければ、後述する距離Aおよび距離Bを十分な長さまで大きくすることが困難になる。そうすると、本線コア部193や支線コア部194における曲げ損失が増大し、光導波路1の過剰損失が増大するおそれがある。
【0084】
なお、長さL1は、好ましくは900~8000μmとされ、より好ましくは1000~7000μmとされる。また、本明細書における過剰損失とは、光導波路1に入射した光強度のうち、本線コア部193および支線コア部194で出射する光強度以外の損失分のことをいう。
【0085】
[3]仮想直線VLと本線中心点1932aとの距離をA[μm]とし、仮想直線VLと支線出射点1943aとの距離をB[μm]としたとき、A+Bが50~150μmであること
本実施形態に係る本線コア部193は、図3に示すように、支線コア部194よりも長く延在している。したがって、支線コア部194の出射端部1943における幅の中心点を支線出射点1943aとし、本線コア部193の出射端部1931における幅の中心点を本線出射点1931aとしたとき、本線出射点1931aは、支線出射点1943aよりも図3の下方に位置している。
【0086】
そうすると、仮想直線VLの延在方向において支線出射点1943aの位置は、本線コア部193の途中に対応している。そこで、仮想直線VLの延在方向において支線出射点1943aの位置における本線コア部193の幅の中心点を本線中心点1932aとする。また、仮想直線VLと本線中心点1932aとの距離をA[μm]とし、仮想直線VLと支線出射点1943aとの距離をB[μm]とする。このとき、分岐パターン19におけるA+Bは、50~150μmである。
【0087】
このような分岐パターン19によれば、その幅を狭くすることができる。このため、例えば図3に示すように複数の分岐パターン19を並列に配置したとき、配置の密度を高めやすくなる。その結果、小型化と多チャンネル化とを両立させた光導波路1および光モジュール100を実現することができる。
【0088】
なお、A+Bが前記下限値を下回ると、支線出射点1943aと本線中心点1932aとの距離を十分に確保することができない。そうすると、支線出射点1943aに隣接して設けられる拡幅部142の幅も確保することができず、そこに設けられる凹部161の幅も制限されることとなる。その結果、反射部16bを介した光路変換に伴う反射損失が増大するおそれがある。一方、A+Bが前記上限値を上回ると、分岐パターン19の配置密度が低下し、小型化と多チャンネル化との両立が困難になるおそれがある。また、支線コア部194の線形において曲率をより大きくする必要が生じるため、曲げ損失が増大し、モニター用の光の光強度が減少するおそれがある。
【0089】
なお、A+Bは、好ましくは75~135μmとされ、より好ましくは100~125μmとされる。
【0090】
[4]A/(A+B)が0.05~0.40であること
仮想直線VLと本線中心点1932aとの距離A[μm]は、前述したA+Bに対する割合が0.05~0.40である。すなわち距離Aは、A+Bの半分未満である。
【0091】
このような分岐パターン19によれば、距離Aは距離Bよりも小さいことになるため、本線コア部193は、支線コア部194よりも、仮想直線VLから離す距離を相対的に小さくすることができる。これにより、支線コア部194に比べて本線コア部193の線形を、より直線的な線形にすることができる。このため、その分、曲げ損失を相対的に減らすことができ、通信用の光の光強度を十分に確保することができる。その結果、より高品質な光通信を実現することができる。
【0092】
なお、A/(A+B)が前記下限値を下回ると、支線コア部194の線形において曲率をより大きくする必要が生じるため、モニター用の光の光強度が減少するおそれがある。一方、A/(A+B)が前記上限値を上回ると、通信用の光に比べてモニター用の光の光強度が必要以上に大きくなり、光強度の余剰が生じるため、その分、通信用の光の光強度を大きくする機会を逃すおそれがある。したがって、A/(A+B)が前記範囲内であれば、本線コア部193から出射する通信用の光の光強度と、支線コア部194から出射するモニター用の光の光強度と、がそれぞれの必要かつ十分な量に制御することができ、双方のバランスが良好になる。
【0093】
なお、A/(A+B)は、好ましくは0.08~0.35とされ、より好ましくは0.10~0.30とされる。
【0094】
以上のような4つの条件を満たすことにより、光導波路1は、本線コア部193から出射する通信用の光の光強度と支線コア部194から出射するモニター用の光の光強度とのバランスが良好になる。また、併せて、光導波路1は、過剰損失が小さく、かつ、小型化が図られたものとなる。
【0095】
また、光モジュール100は、前述したように、光導波路1と、電気基板2と、光導波路1と光学的に接続されている発光素子31および受光素子32と、を有している。このような光モジュール100では、光導波路1においてモニター用の光を受光素子32で受光し、その光強度を監視しつつ、通信用の光に十分な光強度を確保して、高品質な光通信が可能になっている。つまり、モニター用の光に十分な光強度を確保しつつ、通信用の光の光強度も高めることができるので、これらのバランスを良好に保ち、しかも、光導波路1における過剰損失が小さいため、高品質な光通信を可能にしつつ、発光素子31の健全性を常時監視可能であるという付加価値も有している。また、光モジュール100は、小型化も可能であり、様々な電子機器に搭載可能である。したがって、かかる光モジュール100は、信頼性の高いものとなる。
【0096】
なお、制御素子4は、受光素子32によってモニター用の光の光強度を監視し、例えば光強度が閾値を下回った場合には、警告を発報したり、発光素子31の駆動を停止したりしてもよい。また、光強度の変動によって、発光素子31の劣化状況を予測し、不具合に至る前に発光素子31の交換を促すことも可能である。
【0097】
また、入射コア部191の幅は、特に限定されないが、20~80μmであるのが好ましく、25~75μmであるのがより好ましい。これにより、複数の分岐パターン19を並列させるとき、その密度を高めるとともに、小型化を図ることができる。また、伝送効率が低くなるのを抑制することができる。
【0098】
すなわち、入射コア部191の幅が前記下限値を下回ると、入射コア部191の伝送効率が低下するおそれがある。一方、入射コア部191の幅が前記上限値を上回ると、入射コア部191の配置密度を十分に高めることができないおそれがある。
【0099】
なお、入射コア部191の幅とは、仮想直線VLに直交する方向における長さのことをいう。
【0100】
一方、図3に示す本線コア部193の幅および支線コア部194の幅は、特に限定されないが、それぞれその全長にわたって入射コア部191の幅の80~120%程度であるのが好ましく、90~110%程度であるのがより好ましい。これにより、本線コア部193の幅および支線コア部194の幅は、入射コア部191の幅と同程度であり、かつ、その幅の変化が小さいものとなるため、過剰損失が小さく、高品質な光通信を実現可能なものとなる。
【0101】
また、本線コア部193の、仮想直線VLに沿った長さL2は、支線コア部194の、仮想直線VLに沿った長さL3よりも短くてもよいが、長いことが好ましい。これにより、本線コア部193の出射端部1931に前述したMT型光コネクター62を装着するとき、MT型光コネクター62が反射部16bに干渉してしまうのを防止することができる。また、電気基板2の大型化を抑制することができる。
【0102】
なお、長さL2は、特に限定されないが、1000μm~100mmであるのが好ましく、1500μm~50mmであるのがより好ましい。これにより、光導波路1および光モジュール100の十分な小型化が図られる。
【0103】
また、図3に示す支線コア部194は、曲がる方向が異なる2つの部位として、第1形状曲線部1941および第2形状曲線部1942を含んでいる。
【0104】
図5は、図3に示す支線コア部194を拡大して示す図である。また、図6は、図5に示す第2形状曲線部1942を模式的に強調して示す図であり、図7は、図5に示す第1形状曲線部1941を模式的に強調して示す図である。なお、図5~7では、それぞれ支線コア部194の線形における曲率を図3に比べて強調している。
【0105】
図3に示す支線コア部194は、図5に強調して示すように、分岐部192から延出する第2形状曲線部1942と、そこから延出する第1形状曲線部1941と、を含んでいる。
【0106】
そして、このような図3に示す支線コア部194は、その延在方向に沿って分岐部192から遠ざかるように移動するとき、コア層13の平面視において、図6に示すように、支線中心軸C2の接線TL21、TL22、TL23と仮想直線VLとのなす角度のうち鋭角側の角度β1、β2、β3が徐々に大きくなるように曲がっている第2形状曲線部1942と、図7に示すように、支線中心軸C2の接線TL11、TL12、TL13と仮想直線VLとのなす角度のうち鋭角側の角度α1、α2、α3が徐々に小さくなるように曲がっている第1形状曲線部1941と、を含む。
【0107】
このうち、図6に示す第2形状曲線部1942では、支線中心軸C2上の互いに離れた3点について接線TL21、TL22、TL23を引いている。この接線TL21、TL22、TL23は、分岐部192側からこの順で並んでいる。そして、接線TL21と仮想直線VLとのなす角度のうち鋭角側の角度をβ1とし、接線TL22と仮想直線VLとのなす角度のうち鋭角側の角度をβ2とし、接線TL23と仮想直線VLとのなす角度のうち鋭角側の角度をβ3としたとき、β1<β2<β3の関係を満たしている。
【0108】
このような第2形状曲線部1942を含むことにより、支線コア部194を本線コア部193から徐々に離すことができる。これにより、支線コア部194における曲げ損失を抑制することができる。また、支線出射点1943aを接続する反射部16bとして、十分な大きさの反射部16bを設けるためのスペースを確保することができる。その結果、反射部16bにおける反射損失を十分に抑制することができる。
【0109】
一方、図7に示す第1形状曲線部1941では、支線中心軸C2上の互いに離れた3点について接線TL11、TL12、TL13を引いている。この接線TL11、TL12、TL13は、分岐部192側からこの順で並んでいる。そして、接線TL11と仮想直線VLとのなす角度のうち鋭角側の角度をα1とし、接線TL12と仮想直線VLとのなす角度のうち鋭角側の角度をα2とし、接線TL13と仮想直線VLとのなす角度のうち鋭角側の角度をα3としたとき、α1>α2>α3の関係を満たしている。
【0110】
このような第1形状曲線部1941を含むことにより、支線コア部194を本線コア部193に向けて徐々に近づけることができる。これにより、双方の離間距離が広くなりすぎるのを防止して、分岐パターン19の幅を最適化することができる。
【0111】
以上のことから、第1形状曲線部1941および第2形状曲線部1942を含むことにより、小型化を図りつつ、曲げ損失および反射損失を抑え、過剰損失の小さい光導波路1を実現することができる。
【0112】
なお、第1形状曲線部1941および第2形状曲線部1942の曲率は、曲げ損失の観点のみからするとできるだけ小さい方がよい。すなわち、曲率半径はできるだけ大きい方がよい。しかしながら、曲率半径が大きいと、例えば前述した距離Bを確保するために長さL3を非常に長くすることが求められる。そうすると、光導波路1や光モジュール100の小型化が困難になるおそれがある。
【0113】
そこで、第1形状曲線部1941および第2形状曲線部1942の曲率半径は、それぞれ0.30~5.0mmであるのが好ましく、0.50~3.0mmであるのがより好ましく、1.0~2.5mmであるのがさらに好ましい。曲率半径を前記範囲内に設定することにより、曲げ損失を許容範囲内に抑えつつ、光導波路1の十分な小型化を図ることができる。
【0114】
なお、第1形状曲線部1941および第2形状曲線部1942の曲率半径は、支線中心軸C2の曲率半径として求められる。
【0115】
また、支線コア部194は、第1形状曲線部1941および第2形状曲線部1942以外の部位として、直線状に延在する部位を含んでいてもよい。
【0116】
一方、本線コア部193は、その全体が直線状に延在していてもよいが、好ましくは図示したように曲線状に延在している部位を含むように構成される。これにより、分岐パターン19の幅が増大するのを抑えつつ、本線コア部193の曲率半径と支線コア部194の曲率半径の双方が小さくなりすぎるのを防止することができる。その結果、光導波路1の小型化や分岐パターン19の配置密度の高密度化を図りつつ、本線コア部193から出射する通信用の光の光強度と、支線コア部194から出射するモニター用の光の光強度と、のバランスが特に良好になる。
【0117】
また、本実施形態に係るコア層13は、仮想直線VLに交差する方向に沿って並ぶ複数の分岐パターン19を備えている。これにより、各分岐パターン19に対して、互いに独立した複数の光信号を同時に入射することができるので、例えば多チャンネルの光ファイバーに対しても接続可能になり、大容量の光通信が可能になる。なお、コア層13中に形成される分岐パターン19の数は、特に限定されないが、1~100本程度であるのが好ましい。なお、分岐パターン19の数が多い場合は、必要に応じて光導波路1を多層化してもよい。具体的には、図4に示すクラッド層12上に、さらにコア層とクラッド層とを交互に重ねることにより多層化することができる。
【0118】
なお、隣り合う分岐パターン19同士の離間距離、すなわち、図3に示す隣り合う分岐パターン19の仮想直線VL同士の距離L4は、特に限定されないが、100~250μmであるのが好ましく、150~250μmであるのがより好ましい。これにより、分岐パターン19同士の干渉を避けつつ、分岐パターン19の配置密度を十分に高めることができる。その結果、光導波路1の小型化と多チャンネル化とを両立させることができる。また、分岐パターン19同士の間で、互いに漏れ光が影響し合うのを抑制することができる。このため、モニター用の光の光強度の検出精度が低下したり、光通信の品質が低下したりするのを抑制することができる。
【0119】
また、本線コア部193から出射する光強度を本線出射強度とし、支線コア部194から出射する光強度を支線出射強度とするとき、本線出射強度に対する支線出射強度の比(分岐比)は、-25dB以上であることが好ましく、-20~-10dBであることがより好ましい。このような分岐比であれば、本線コア部193から出射する通信用の光の光強度と、支線コア部194から出射するモニター用の光の光強度と、のバランスが特に良好になる。すなわち、光通信の品質を著しく低下させることなく、モニター用の光の光強度を十分に確保することができる。その結果、良好な光通信を行いながら、同時に、発光素子31の健全性をより正確に監視し続けることができる。
【0120】
≪第2実施形態≫
次に、本発明の光モジュールの第2実施形態について説明する。
【0121】
図8は、本発明の光モジュールの第2実施形態に含まれる光導波路の一部を示す平面図である。
【0122】
以下、第2実施形態について説明するが、第1実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。なお、図8において第1実施形態と同様の構成部分については、先に説明したのと同様の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【0123】
第2実施形態は、支線コア部194の線形が異なる以外、第1実施形態と同様である。
すなわち、図8に示す支線コア部194は、第1実施形態と同様、第1形状曲線部1941と、第2形状曲線部1942と、を含んでいる。その上で、図8に示す支線コア部194は、その延在方向に沿って分岐部192から遠ざかるように移動するとき、コア層13の平面視において、幅が徐々に広がっている幅漸増部1944を含んでいる点で、第1実施形態と相違している。すなわち、図8に示す支線コア部194は、第1形状曲線部1941および第2形状曲線部1942を含んでおり、かつ、幅漸増部1944を含んでいる。なお、本実施形態において、第1形状曲線部1941および第2形状曲線部1942と幅漸増部1944とは、互いに重複している。
【0124】
このような幅漸増部1944を含むことにより、支線コア部194の出射端部における幅を変えることなく、支線コア部194の入射端部1945の幅を狭くすることができる。これにより、本線出射強度に対する支線出射強度の比(分岐比)をより小さくすることができる。換言すれば、本線出射強度をより大きくすることができる。このように、幅漸増部1944を設けることによって、分岐比を容易に調整することができる。
【0125】
また、本実施形態では、第1実施形態に比べて、入射端部1911に入射させる光の強度分布が分岐比に及ぼす影響について、その鋭敏性を緩和することができる。すなわち、本実施形態では、上述したような線形であるがゆえ、第1実施形態に比べて、入射端部1911に入射する光の強度分布の位置が多少ずれたとしても、そのずれの影響が分岐比に及びにくいという効果が得られる。したがって、本実施形態は、発光素子31と光導波路1との位置合わせにおいて、求められる位置精度の緩和が図られ、組み立て容易性に優れたものとなる。
【0126】
具体的には、光入射点1911aを中心にして幅方向に±10μmの範囲の位置ずれを想定した場合において、その範囲内で位置ずれさせたときの分岐比の最大値と最小値との差を「分岐比の幅(レンジ)」とする。分岐比の幅は、一例として20dB以下にすることが好ましいが、本実施形態は、分岐比の幅(レンジ)を18dB以下に抑えることが可能であり、好ましくは15dB以下にすることができる。このような幅であれば、分岐比について、前述した発光素子31の位置合わせ依存性が小さいといえる。このため、特に組み立て容易性に優れた光導波路1が得られる。また、組み立て誤差に基づくモニター用の光の光強度のばらつきが抑えられた光モジュール100が得られる。
【0127】
なお、分岐比の幅は、好ましくは9dB以下とされ、より好ましくは8dB以下とされる。
【0128】
なお、入射端部1945の幅は、出射端部1943の幅よりも小さければよいが、好ましくは1%以上100%未満とされ、より好ましくは10%以上60%以下とされる。このような範囲内であれば、過剰損失を著しく増大させることなく、分岐比を調整することができる。
【0129】
例えば、図9は、図8に示す光導波路よりも分岐比を小さくした光導波路を示す平面図である。
【0130】
すなわち、図9に示す入射端部1945の幅は、図8に示す入射端部1945の幅よりも小さくなっている。このようにして入射端部1945の幅を変えることにより、出射端部の幅を変えることなく、分岐比を調整することができる。
以上のような第2実施形態においても、第1実施形態と同様の効果が得られる。
【0131】
≪第3実施形態≫
次に、本発明の光モジュールの第3実施形態について説明する。
【0132】
図10は、本発明の光モジュールの第3実施形態に含まれる光導波路の一部を示す平面図である。
【0133】
以下、第3実施形態について説明するが、第1実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。なお、図10において第1実施形態と同様の構成部分については、先に説明したのと同様の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【0134】
第3実施形態は、支線コア部194の線形が異なる以外、第1実施形態と同様である。
すなわち、前述した第1実施形態に係る支線コア部194は、第1形状曲線部1941と第2形状曲線部1942の双方を含んでいるのに対し、図10に示す支線コア部194は、第1形状曲線部1941のみで構成されている。具体的には、図10に示す支線コア部194は、その全体が第1形状曲線部1941であって、図7に示すように、その延在方向に沿って分岐部192から遠ざかるように移動するとき、支線中心軸C2の接線TL11、TL12、TL13と仮想直線VLとのなす角度のうち鋭角側の角度α1、α2、α3が徐々に小さくなるように曲がっている部位である。
【0135】
このような本実施形態は、前述した第2形状曲線部1942を含んでいないため、分岐部192と支線コア部194との境界では、接線TL11と仮想直線VLとのなす角度のうち鋭角側の角度α1が角度α3に比べて大きくなっている(図7参照)。つまり、分岐部192から支線コア部194に導かれるモニター用の光は、支線コア部194に侵入した直後、いきなり大きな曲率での曲げに曝されることになる。このため、モニター用の光を分配しにくくなり、第1実施形態に比べて分岐比が小さくなる傾向を示す。また、通信用の光については十分な光強度を確保しやすくなる。
【0136】
その一方、本実施形態では、第1実施形態に比べて、入射端部1911に入射させる光の強度分布が分岐比に及ぼす影響について、その鋭敏性を緩和することができる。すなわち、本実施形態では、上述したような線形であるがゆえ、第1実施形態に比べて、入射端部1911に入射する光の強度分布の位置が多少ずれたとしても、そのずれの影響が分岐比に及びにくいという効果が得られる。したがって、本実施形態は、発光素子31と光導波路1との位置合わせにおいて、求められる位置精度の緩和が図られ、組み立て容易性に優れたものとなる。
【0137】
また、本実施形態は、分岐比の幅(レンジ)を10dB以下に抑えることが可能である。このような幅であれば、分岐比について、前述した発光素子31の位置合わせ依存性が小さいといえる。このため、特に組み立て容易性に優れた光導波路1が得られる。また、組み立て誤差に基づくモニター用の光の光強度のばらつきが抑えられた光モジュール100が得られる。
【0138】
なお、分岐比の幅は、好ましくは9dB以下とされ、より好ましくは8dB以下とされる。
以上のような第3実施形態においても、第1実施形態と同様の効果が得られる。
【0139】
<電子機器>
上述したような本発明の光導波路によれば、前述したように、モニター用の光の光強度を監視可能になっており、かつ、通信用の光の光強度を十分に確保することができるので、電子機器に対して、発光素子31の健全性を監視する機能を容易に付与可能である。しかも、光導波路1は、過剰損失が小さく、かつ、小型化が図られているため、高品質な光通信が可能で、かつ、電子機器の小型化を容易にする。したがって、本発明の光導波路を備えることにより、信頼性の高い電子機器(本発明の電子機器)が得られる。
【0140】
本発明の電子機器としては、例えば、スマートフォン、タブレット端末、携帯電話、ゲーム機、ルーター装置、WDM装置、パソコン、テレビ、サーバー、スーパーコンピューター等の電子機器類が挙げられる。
【0141】
以上、本発明の光導波路、光モジュールおよび電子機器を、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【0142】
例えば、前記実施形態では、光導波路と受発光素子との間にレンズを配置しているが、このレンズは必要に応じて設けられればよく、省略されてもよい。また、光モジュールの筐体も、省略されてもよい。
【0143】
また、光モジュールが備える光コネクターの形状は、特に限定されず、いかなる形状であってもよい。また、光コネクターは、必要に応じて設けられればよく、例えば光導波路と光ファイバーとが直接接続されていてもよいし、光導波路に設けられた反射部を介して光ファイバーと接続されていてもよい。
【0144】
また、電気基板には、リジッド基板、フレキシブル基板のような樹脂基板がよく用いられるが、セラミックス基板やガラス基板等であってもよい。
【実施例
【0145】
次に、本発明の具体的実施例について説明する。
(実施例1)
図3に示す光導波路を用意する。なお、この光導波路のコア部の形状を示す数値は、以下の通りである。
【0146】
・長さL1 :800μm
・長さL2 :40mm
・長さL3 :400μm
・距離A :15μm
・距離B :110μm
・入射コア部の長さ :100μm
・入射コア部の幅 :48μm
・支線コア部の曲率半径:1.6mm
【0147】
次に、発光素子(VCSEL)に接続された直径50μmのグレーデッドインデックス型の光ファイバーを、光導波路の反射部に接続する。また、受光素子(PD)に接続された直径50μmのグレーデッドインデックス型の光ファイバーを、光導波路の本線コア部の出射部、および、支線コア部の反射部に、それぞれ接続する。
【0148】
次に、発光素子から光入射点に向けて波長850nmのレーザー光を入射し、出射した光を受光素子で受光する。
【0149】
次に、入射強度に対する本線出射強度(出力比)を算出した。
また、本線出射強度に対する支線出射強度の比(分岐比)を算出した。
【0150】
さらに、光入射点を中心にして幅方向に±10μmの範囲で、発光素子に接続された光ファイバーの位置をずらしながら分岐比を測定し、最大値と最小値との差(分岐比の幅)を算出した。
【0151】
(実施例2~32)
コア部の形状を示す図および数値を表1または表2に示すように変更した以外は、実施例1と同様にして出力比、分岐比および分岐比の幅を算出した。
以上の評価結果を表1、2に示す。
【0152】
【表1】
【0153】
【表2】
【0154】
表1、2のうち、まず、表1に示す実施例1~16の評価結果について考察する。実施例1~16は、コア部の形状が互いに異なるものの、A+Bは100μmで共通である。そして、全体の傾向として、Aの比率が大きくなるにつれて、Bの比率が小さくなるため、分岐比が増加し、分岐比の幅も小さくなる傾向がある。
【0155】
次に、実施例1~4と実施例5~8とを比較する。すなわち、図3に示す形状と図8に示す形状とを比較すると、支線コア部の幅が一定であるか、漸増しているかの違いがある。そして、幅漸増部が設けられることにより、分岐比を低下させることができるが、その一方、分岐比の幅は増加している。
【0156】
次に、実施例5~8と実施例9~12とを比較する。実施例9~12(図9)は、実施例5~8(図8)に比べて、幅漸増部の漸増率が大きい。しかしながら、実施例9~12は、実施例5~8に比べて、一部例外はあるものの、分岐比が大きく、かつ、分岐比の幅も減少している傾向がある。これらを踏まえると、幅漸増部を設けることは、分岐比を大きくすることと、分岐比の幅を減少させることとを両立させるという観点で有用である。
【0157】
次に、実施例1~4と実施例13~16とを比較する。実施例13~16(図10)は、分岐比が相対的に小さいものの、分岐比の幅も相対的に小さい。このため、第1形状曲線部のみで支線コア部を構成することは、分岐比の幅を減少させるという観点で有用である。
【0158】
続いて、表2に示す実施例17~32の評価結果について考察する。実施例17~32は、コア部の形状が互いに異なるものの、A+Bは125μmで共通である。そして、全体の傾向として、Aの比率が大きくなるにつれて、Bの比率が小さくなるため、分岐比が増加する傾向がある。
【0159】
次に、前述した実施例1~4と実施例17~20とを比較する。これらは、コア部の形状が互いに同じ(図3)であるものの、A+Bが互いに異なる。実施例17~20は、実施例1~4に比べて、分岐比が小さく、分岐比の幅は大きい。
【0160】
次に、実施例17~20と実施例21~24とを比較する。この比較の結果は実施例1~4と実施例5~8との比較の結果と同様の傾向を示している。
【0161】
次に、実施例21~24と実施例25~28とを比較する。実施例25~28(図9)は、実施例21~24(図8)に比べて、幅漸増部の漸増率が大きい。しかしながら、実施例25~28は、実施例21~24に比べて、分岐比が小さいものの、分岐比の幅は減少している。これらを踏まえると、幅漸増部を設けることは、少なくとも分岐比の幅を減少させることにつながる傾向がある。
【0162】
次に、実施例17~20と実施例29~32とを比較する。実施例29~32(図10)は、分岐比が相対的に小さいものの、分岐比の幅も相対的に小さい。このため、第1形状曲線部のみで支線コア部を構成することは、分岐比の幅を減少させるという観点で有用である。
【0163】
なお、表1、2には示していないものの、A+Bが125μmを超えると、分岐比が-30dBを下回るような例が確認された。
【0164】
また、A/(A+B)が0.05を下回ると、その分、B/(A+B)が非常に大きくなるため、支線コア部の曲げ損失が大きくなることが認められた。
【0165】
また、A/(A+B)が0.40を上回ると、出力比が著しく小さくなることが認められた。
【0166】
また、入射コア部の幅を43μmに変更した例について、上記と同様の評価を行ったところ、変更前(幅が48μm)の例における評価結果と同様の傾向が認められた。
【0167】
さらに、長さL1を1200μm、1500μmに変更した場合についても、上記各実施例と同様の傾向が認められた。
【符号の説明】
【0168】
1 光導波路
2 電気基板
4 制御素子
5 レンズアレイ
7 筐体
10 積層体
11 クラッド層
12 クラッド層
13 コア層
14 コア部
15 側面クラッド部
16a 反射部
16b 反射部
17 下側保護層
18 上側保護層
19 分岐パターン
21 絶縁基板
22 導電層
23 接点
31 発光素子
32 受光素子
51 底部
52 壁部
53 空洞
54 レンズ
61 レセプタクル
62 MT型光コネクター
81 電気配線
82 電気コネクター
91 光ファイバー
92 MPO型光コネクター
100 光モジュール
141 拡幅部
142 拡幅部
160 凹部
161 凹部
191 入射コア部
192 分岐部
193 本線コア部
194 支線コア部
611 MT型受容部
612 MPO型受容部
1911 入射端部
1911a 光入射点
1921 交差点
1931 出射端部
1931a 本線出射点
1932a 本線中心点
1941 第1形状曲線部
1942 第2形状曲線部
1943 出射端部
1943a 支線出射点
1944 幅漸増部
1945 入射端部
C1 本線中心軸
C2 支線中心軸
P1 光路
P2 光路
TL11 接線
TL12 接線
TL13 接線
TL21 接線
TL22 接線
TL23 接線
VL 仮想直線
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10