JP4308542B2

JP4308542B2 - Waveguide type optical coupling element, optical wiring, and manufacturing method thereof

Info

Publication number: JP4308542B2
Application number: JP2003025138A
Authority: JP
Inventors: 幾雄加藤; 篤坂井; 和弘藤田; 健司亀山; 健史浪江; 敬信逢坂; 康之滝口
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2003-01-31
Filing date: 2003-01-31
Publication date: 2009-08-05
Anticipated expiration: 2023-01-31
Also published as: JP2004233896A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導波路型光結合素子、光配線及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光を出射する光出射側素子と光を入射する光入射側素子とを光結合する方式としては、光出射側素子と光入射側素子との間に光結合のための素子を何も設けない方式（一般に、端面結合または直接結合よばれる方式）が知られている（特許文献１参照）。図１７は特許文献１に開示された発明であり、サブ基板１０１上にバンプ１０２を介して光素子（レーザダイオード）１０３が載置され、光素子１０３が光ファイバ１０４に直接光結合されている。この発明では、実装時に高精度な光実装機での位置制御を不要とするために、光素子１０３をバンプ１０２を介してサブ基板１０１上に実装することにより光素子１０３とサブ基板１０１との位置制御を行っている。さらに、サブ基板１０１にフォトリソ工程を用いて形成したＶ溝１０５を設け、このＶ溝１０５に光ファイバ１０４を挿入することにより光ファイバ１０４と光素子１０３との位置制御を行っている。
【０００３】
また、直接結合において、光を出射する光出射側素子と光を入射する光入射側素子との間に空気のかわりに液体または接着剤を介在させる発明が提案されている（特許文献２、３参照）。この接着剤は、位置固定と屈折率差低減の２つの機能を有しており、空気層の存在をなくすためにディスペンス時は液体状態であり熱または光により適宜硬さを調整して硬度の高い材料または高弾性体に変化させられるものである。
【０００４】
また、光出射側素子と光入射側素子との間に光結合素子を設けた発明が提案されている（特許文献４参照）。この発明は、テーパ形状を有する部材の内部に柔軟な光透過体で充填した導光路を光結合素子として用いており、光ファイバの位置制御をテーパ形状で行っている。
【０００５】
【特許文献１】
特許第２６１６５５０号公報
【特許文献２】
特開平５−１０７４２５号公報
【特許文献３】
特開平７−２７９４６号公報
【特許文献４】
特開２００１−５９９１９号
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に開示された発明では、実装時に高精度な光実装機は不要であるものの、バンプ１０２やＶ溝１０５を形成したサブ基板１０１が必要であり、光実装機を用いた実装コストと比較して決して安価にはならない。
【０００７】
特許文献２、３に開示された発明では、光出射側素子と光入射側素子との位置合わせのためには高精度な光実装機が必要であり、実装コストも高くなる。
【０００８】
特許文献４に開示された発明では、テーパ形状を有する部材と光ファイバとの位置合わせを光実装機を用いずに行えるが、テーパ形状を有する部材と光出射側素子（光半導体）との位置合わせのためには光実装機が必要であり、全体としての実装コストが高くなる。
【０００９】
本発明の目的は、光出射側素子と光入射側素子とを光結合する際に高精度の位置合わせを不要とし、光結合する際のコスト低減を図ることである。
【００１０】
本発明の別の目的は、光出射側素子と光入射側素子との間での光結合効率を高めることである。
【００１１】
本発明の別の目的は、光出射側素子と光入射側素子との光結合の機械的強度や信頼性の向上を図ることである。
【００１２】
本発明の別の目的は、光出射側素子と光入射側との光結合に際しての低損失化を図ることである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、光を出射する光出射側素子と光を入射する光入射側素子とを光結合するコアとクラッドからなる導波路を用いた導波路型光結合素子において、この導波路型光結合素子が弾性定数１０ ^２ｄｙｎ／ｃｍ ^３以上１０ ^８ｄｙｎ／ｃｍ ^３以下である低弾性体材料からなり、かつ、低弾性体材料の状態で自己支持可能である。
【００１４】
したがって、光出射側素子の光軸と光入射側素子の光軸とがずれている場合でも、導波路型光結合素子が低弾性材料により形成されているためにそのずれに応じて変形することが可能となり、光出射側素子と光入射側素子とを光結合する際に高精度の位置合わせが不要となり、光結合する際のコストが低減される。さらに、光が導波路に閉じ込められた状態で進行するので、光出射側素子と光入射側素子との間での光結合効率が高くなる。
【００１５】
本発明において、「低弾性」とは、柔らかく伸縮性のあるゲルまたはゴムまたは多くの高分子化合物が有する粘弾性に対する状態であり、セラミックスまたはガラスまたはＴｉＯ_２やＳｉＯ_２のような光学結晶が有する高弾性の状態とは異なる状態を示す。硬度としては低いビッカース硬度であり、弾性定数や粘度としては小さい値である。また、ここでの「低弾性」とは、光軸のずれ量に対して、導波路型光結合素子が引張力の作用により材料破壊することなく自己支持のまま変形できる状態であることを示す。より具体的には、弾性定数では、１０^２ｄｙｎ／ｃｍ^３以上１０^８ｄｙｎ／ｃｍ^３以下である。１０^２ｄｙｎ／ｃｍ^３未満では、自己支持することが困難であり、１０^８ｄｙｎ／ｃｍ^３より大きい場合には、その導波路型光結合素子の形状や受光素子および発光素子の特性と配置にもよるが、０．５ｕｍ以上の光軸のずれに対して、導波路型光結合素子の導波路に対して十分な光軸の偏向を実現することが困難である。より好ましくは、１０^３ｄｙｎ／ｃｍ^３以上１０^６ｄｙｎ／ｃｍ^３以下であり、十分な自己支持の強度と、１ｕｍ以上に相当する導波路型光結合素子の光軸の変形による高い光結合効率を実現することができるようになる。また、ビッカース硬度では、５以下であることが好ましい。
【００１６】
また、本発明において、「自己支持」とは、基板上に載置されていなくてもその両端を支持することによりその形状を維持できる強度を有していることを意味する。
【００１７】
また、本発明及び以下の各発明において、「導波路」とは、単なる接着剤などと異なり、その内部に光を閉じ込める作用を有するものである。このため、光出射側素子と光入射側素子との距離が、その導波路の断面積に対して十分に小さい必要はなく、断面積が与える等価直径よりも長い距離においても、低損失の光結合を実現することができる。
【００５８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の導波路型光結合素子において、周囲に前記低弾性体材料に対して相対的に高弾性である高弾性体材料からなる被覆層が設けられている。
【００５９】
したがって、この被覆層を設けることにより、導波路型光結合素子の機械的強度や信頼性が向上する。
【００８４】
【発明の実施の形態】
本発明の第一の実施の形態を図１ないし図３に基づいて説明する。図１は、光出射側素子である発光素子モジュール１と受光素子モジュール２とレンズ３と導波路型光結合素子４を有する光配線を示す概略図である。受光素子モジュール２とレンズ３とは図示しない連結手段により連結され、光入射側素子１４を構成している。
【００８５】
発光素子モジュール１は、発光素子用基板５と、発光素子用基板５上に実装された面型の発光素子６、発光素子６を囲む発光素子ケース７、発光素子ケース７の出射側の面に設けられたガラス窓８とにより構成されている。
【００８６】
受光素子モジュール２は、受光素子用基板９と、受光素子用基板９上に実装された受光素子１０と、受光素子１０を囲む受光素子ケース１１と、受光素子ケース１の受光側の面に設けられたガラス窓１２とにより構成されている。
【００８７】
レンズ３は、発光素子６から出射された光を受光素子１０上に結像させる役割を果たす。
【００８８】
導波路型光結合素子４は、一端に発光素子モジュール１のガラス窓８に密着固定された密着固定部４ａを有し、他端にレンズ３の表面に密着固定された密着固定部４ｂを有している。ここで、発光素子６から出射されたレーザ光１３ａは、ガラス窓８に密着固定された導波路型光結合素子４に光結合し、導波路型光結合素子４内を伝播され、光結合用のレンズ３により集光されて、空間伝播する受光光束１３ｂとなり、受光素子モジュール２内の受光素子１０に入射して光電変換される。このとき、レーザ光１３ａを情報に対応して変調することにより、発光素子モジュール１と受光素子モジュール２との間で情報を伝達することができる。
【００８９】
導波路型光結合素子４は、自己支持導波路であり、基板上に設けられていなくても自己支持できる導波路である。ここでの自己支持導波路とは、両端を支持することにより導波路構造を維持できる強度を有する導波路材料からなる導波路のことをいう。このため、この導波路型光結合素子４は、ガラス窓８とレンズ３とに両端を支持されて空中に設けることができる。
【００９０】
また、この導波路型光結合素子４は、自己支持であると同時に導波路であるため、導波路間に用いる接着剤と異なり、その内部に光を閉じ込める作用を有している。このため、ガラス窓８とレンズ３との距離とが、その断面積に対して十分に小さい必要はなく、断面積が与える等価直径よりも長い距離においても、低損失の光結合を実現することができる。
【００９１】
さらに、この自己支持導波路からなる導波路型光結合素子４は、低弾性材料からなる。低弾性材料からなるため、形状の変形性を有し、これにより導波路型光結合素子４の両端の発光素子６とレンズ３との光軸が一致していない場合においても、導波路自体の形状が変形してこの導波路型光結合素子４自体の光軸を自発的に偏向させることにより、高効率の光結合を実現することができる。
【００９２】
また、温度変化が生じ、膨張係数の差により位置がずれる場合においても、低弾性材料からなるため形状の変形性を有し、これにより導波路自体の形状が変形して膨張係数の差によるギャップの変化を吸収して、高効率の光結合を実現する。
【００９３】
ここでの低弾性とは、柔らかく伸縮性のあるゲルまたはゴムまたは多くの高分子化合物が有する粘弾性に対する状態であり、セラミックスまたはガラスまたはＴｉＯ_２やＳｉＯ_２のような光学結晶が有する高弾性の状態とは異なる状態を示す。硬度としては低いビッカース硬度であり、弾性定数や粘度としては小さい値である。また、ここでの低弾性とは、光軸のずれ量に対して、導波路型光結合素子４が引張力の作用により材料破壊することなく自己支持のまま変形できる状態であることを示す。より具体的には、弾性定数では、１０^２ｄｙｎ／ｃｍ^３以上１０^８ｄｙｎ／ｃｍ^３以下である。１０^２ｄｙｎ／ｃｍ^３未満では、自己支持することが困難であり、１０^８ｄｙｎ／ｃｍ^３より大きい場合には、その導波路型光結合素子４の形状や発光素子６の特性と配置にもよるが、０．５ｕｍ以上の光軸のずれに対して、導波路型光結合素子４の導波路に対して十分な光軸の偏向を実現することが困難である。より好ましくは、１０^３ｄｙｎ／ｃｍ^３以上１０^６ｄｙｎ／ｃｍ^３以下であり、十分な自己支持の強度と、１ｕｍ以上に相当する導波路型光結合素子４の光軸の変形による高い光結合効率を実現することができるようになる。また、ビッカース硬度では、５以下であることが好ましい。同時に、従来の導波路材料と異なり、柔らかい伸縮性を有することが好ましく、１２０％以上に伸縮しても破断しない材料を用いる。
【００９４】
この低弾性材料としては、導波路でもあることから材料としても低損失であることが好ましく、ゲルとしてはアクリレート材料を重合せしめた溶媒を内部に包含した材料もしくは溶媒構造を高分子化した材料、シロキサン結合を有するシリコーン材料等を用いることができる。ゴム材料としても同様に、通常のゴム材料を用いることができると同時に、シコーン材料等を用いることができる。さらに柔らかい高分子材料として、非結晶部分を多く有する高分子材料を用いることができる。
【００９５】
この低弾性体材料からなる導波路型光結合素子４は、自己支持であると同時に、自己形状成形導波路としても機能する。これは、低弾性体材料が変形能力を有しているので、その表面張力により、型で成形した導波路と異なり、導波路型光結合素子４の表面が平滑化されて低損失化ができると同時に、両端で支持する発光素子モジュール１とレンズ３とに対し張力が作用しその光軸の距離が最も小さくなるように形状が制御される。これにより、より低損失の導波路を実現することができる。また、この自己成形される形状は、導波路型光結合素子の量、弾性定数、レオロジ特性等の導波路型光結合素子４に関する物性値以外に、これを両端で支持する支持体の形状、さらには親水や疎水といったその表面性能でも制御することが可能である。
【００９６】
さらに、この低弾性材料からなる導波路型光結合素子４は、その両端の支持体に対して張力が作用するために、この導波路型光結合素子４を両端で支持する発光素子モジュール１又はレンズ３の少なくともどちらか一方に可動性をもたせることにより、その位置を制御することが可能となる。これにより、高精度のセルフアライメントを実現することもできる。
【００９７】
また、この低弾性材料からなる導波路型光結合素子４は、粘着性を付与することにより、レンズ３自体の組み付け設置作用を持たせることもできるようになる。シロキサン結合を有するシリコーン材料等を用いる場合には、親水処理を予めしておくことにより、良好な接着力を得ることができる。親水処理以外にもプリコート層を設けることにより、良好な接着力を得ることができる。
【００９８】
また、レンズ３を用いずに、単独で導波路型光結合素子４を設けてもよい。即ち、発光素子モジュール１のガラス窓８と、受光素子モジュール２のガラス窓１２とで両端に導波路型光結合素子４を支持する構成としてもよい。このとき、導波路型光結合素子４に光結合された発光素子６からの光は、直接に受光素子モジュール２のガラス窓１２から受光素子モジュール２内に放出され、受光素子１０に入射する。
【００９９】
また、導波路型光結合素子４の形状は、図１に示すような糸巻き状のテーパ形状に限定されるものではなく、たる形状でもよい。この形状は、セルフアライメントする場合の発光素子モジュール１と受光素子モジュール２との光軸のずれや、２つの間隔のずれ、さらには導波路型光結合素子４の材料の量や、両端の支持の方法等によって大きく変わる。
【０１００】
ここで、導波路型光結合素子４の材料としては、上述した各材料のほかに、以下に説明するものを用いることが可能である。例えば、０度以下のガラス転移点を有してガラス転移点以上で自己支持可能である材料、熱可塑性低弾性体材料からなりその熱可塑性低弾性体材料の状態で自己支持可能である材料、感光性低弾性体材料からなり自己支持可能である材料、光の波長以下のミクロ相分離構造を有する低弾性体材料からなりこの低弾性体材料の状態で自己支持可能である材料、自己支持可能なフッ素ゴム、自己支持可能なアクリル酸又はメタクリル酸共重合体等である。
【０１０１】
図２は、この導波路型光結合素子４自体の光軸を自発的に偏向する作用を説明するものであり、（ａ）は発光素子モジュール１とレンズ３の光軸が一致している場合であり、（ｂ）は発光素子モジュール１とレンズ３の光軸が一致していない場合である。
【０１０２】
図２（ａ）は、図1で説明したように、発光素子モジュール１とレンズ３との光軸が一致しているために、導波路型光結合素子４のテーパ形状とレンズ曲率とを、発光素子モジュール１と受光素子モジュール２との距離、導波路型光結合素子４およびレンズ３の屈折率等に対応させて最適に設計することにより、高効率の光結合を実現することができる。
【０１０３】
これに対して、図２（ｂ）は、発光素子モジュール１とレンズ３との光軸が、アライメントを高精度に行わないことによりずれて一致していない場合である。但し、導波路型光結合素子４が低弾性材料からなるために、その形状が光軸のずれに対応して変形し、このとき導波路構造であるために導波光が変形した導波路に閉じ込められたまま進行するので、導波路型光結合素子４内の導波光としてその主な進行方向（ポインティングベクトル）を偏向させることになり、これにより受光素子モジュール２内の受光素子１０へ高い光結合効率で結合させることができる。
【０１０４】
さらに、この低弾性体材料を用いた導波路型光結合素子４は、組み付け時の位置調整にとどまらず、組み付け後の熱変化による発光素子モジュール１とレンズ３との長時間の位置ずれや、振動による発光素子モジュール１とレンズ３との短時間の位置ずれに対しても、導波路型光結合素子４自体の形状が変形するので光結合効率の低下を低減することができるようになる。
【０１０５】
図３は、図１の構成から導波路型光結合素子４を省いた場合の比較例である。図３（ａ）は図２（ａ）に対応する状態であり、発光素子モジュール１とレンズ３との光軸が一致している。図３（ｂ）は図２（ｂ）に対応する状態であり、発光素子モジュール１とレンズ３との光軸が、アライメントを高精度に行わないことによりずれて一致していない。
【０１０６】
図３（ａ）では、発光素子６から出射されたレーザ光１３ａが受光素子モジュール２内の受光素子１０に良好に入射され、高い光結合効率が得られる。一方、が３（ｂ）では、レンズ３の実効的な光軸が傾くことにより、受光素子１０の面内に光を集光することができず、低い光結合効率となる。
【０１０７】
本発明の第二の実施の形態を図４に基づいて説明する。なお、図１ないし図３において説明した部分と同じ部分は同じ符号で示し、説明も省略する（以下の実施の形態でも同じ）。
【０１０８】
本実施の形態では、導波路型光結合素子４の周囲に、高弾性材料からなる被覆層１５が設けられている。
【０１０９】
このような被覆層１５を設けることにより、導波路型光結合素子４の機械的強度や信頼性が向上する。
【０１１０】
本発明の第三の実施の形態を図５に基づいて説明する。本実施の形態は、導波路型光結合素子１６を均質な構成材料から形成したものではなく、屈折率分布が異なるように形成したものである。図５の導波路型光結合素子１５において光軸付近の濃色部分は屈折率が高くなっており、界面付近の淡色部分は屈折率が小さくなっていることを意味する。屈折率分布は、５０ｕｍのマルチモードファイバのような半径の２乗に従う分布がより好ましいが、これに限定されるものではない。界面付近で屈折率が小さい屈折率分布型の導波路型光結合素子１６は、界面付近の形状変化による伝播損失の増大が生じにくいので、低損失の導波路型光結合素子１６を構成することができる。
【０１１１】
本発明の第四の実施の形態を図６に基づいて説明する。本実施の形態の光配線では、受光素子モジュール２に代えて導波路光配線１７が設けられ、この導波路光配線１７とレンズ３とによって光入射側素子１４が構成されている。導波路光配線１７は、屈折率の大きいコア１７ａと、このコア１７ａを囲んで位置する屈折率の小さいクラッド１７ｂとから構成されている。発光素子モジュール１とレンズ３との間には導波路型光結合素子４が設けられている。
【０１１２】
この光配線では、発光素子６から出射されたレーザ光１３ａは、発光素子モジュール１のガラス窓８に密着した導波路型光結合素子４に光結合し、この後に光結合用のレンズ３により集光されて空間伝播する受光光束１３ｂとなり、この受光光束１３ｂは導波路光配線１７のコア１７ａに入射して高効率で光結合することができる。
【０１１３】
一般に、基板上に設けられる光配線は、形成した導波路自体の位置ずれや、基板の熱膨張により、発光素子モジュール１と導波路光配線１７のコア１７ａとの光軸がずれたり、距離がずれたりしやすい。
【０１１４】
しかしながら、本実施の形態では図６に示すように、発光素子モジュール１からの光を、セルフアライメント機能を有する導波路型光結合素子４により導波路光配線１７に光結合することができるので、低損失の光配線を実現することができるようになる。
【０１１５】
また、この導波路光配線１７がマルチモード導波路の場合は、シングルモード導波路と異なり、多数のモードが存在するので、導波路型光結合素子４の界面となる曲面においてモード変換が生じた場合にも、他のモードに変換させるだけでよいので、シングルモードの導波路型光結合素子と比較して非常に低い損失となる。
【０１１６】
本発明の第五の実施の形態を図７に基づいて説明する。本実施の形態の光配線では、光発光側素子として発光素子モジュール１に代えて導波路光配線１８が設けられている。この導波路光配線１８は、屈折率の大きいコア１８ａと、このコア１８ａを挟んで位置する屈折率の小さいクラッド１８ｂとから構成されている。導波路光配線１８とレンズ３との間には導波路型光結合素子４が設けられている。
【０１１７】
この光配線では、導波路光配線１８からの出射光束は、導波路型光結合素子４に光結合し、この後に光結合用のレンズ３により集光されて、空間伝播する受光光束１３ｂとなり、この受光光束１３ｂが受光素子モジュール２の受光素子１０に高効率で光結合することができる。
【０１１８】
一般に、基板上に設ける光配線は、形成した導波路自体の位置ずれや、基板の熱膨張により、導波路光配線１８とレンズ３との光軸がずれたり距離がずれたりしやすい。
【０１１９】
しかしながら、本実施の形態では図７に示すように、導波路光配線１８のコア１８ａからの光を、セルフアライメント機能を有する導波路型光結合素子４により光結合することができるので、低損失の光配線を実現することができようになる。
【０１２０】
本発明の第六の実施の形態を図８に基づいて説明する。本実施の形態では、光出射側素子である導波路光配線２０と、光入射側配線である導波路光配線２１と、これらの導波路光配線２０、２１との間に位置して導波路光配線２２が水平方向に配置され、基板２３上に接着剤層２４で接着されている。これらの導波路光配線２０、２１、２２は、それぞれ、屈折率の大きいコア２０ａ、２１ａ、２２ａと、コア２０ａ、２１ａ、２２ａを囲んで位置する屈折率の小さいクラッド２０ｂ、２１ｂ、２２ｂとから構成されている。
【０１２１】
導波路光配線２０の光出射側の端面と、導波路光配線２２の一方の端面との間に導波路型光結合素子４が設けられ、導波路光配線２２の他方の端面と導波路光配線２１の入射側の端面との間に導波路型光結合素子４が設けられている。
【０１２２】
中央の導波路光配線２２の両端に、導波路型光結合素子４を設けてあるので、基板２３上の導波路光配線２２の光軸の基板２３からの高さが、他の２つの導波路光配線２０、２１の光軸とずれていても、導波路光配線２０と導波路光配線２１との間で高い結合効率を得ることができる。さらに、導波路光配線２０と導波路光配線２１との光軸の基板２３からの高さが互いにずれていても、導波路光配線２２の光軸の基板２３からの高さの作製精度をゆるくすることができ、水平方向に配線される複数の導波路光配線２０、２１、２２の水平方向のアライメント精度を低減することができる。さらに、基板２３と垂直方向の接着剤層２４の厚さの作製精度もゆるくすることができ、アライメント精度を上げることなく高い結合効率を得ることができる。
【０１２３】
また、本実施の形態において、中央の導波路光配線２２に光スイッチ、波長変換素子、偏光変換素子等の光制御素子を設ける場合でも、両端の２つの導波路光配線２０、２１を高い効率で結合することができ、光制御素子の挿入による損失を少なくすることができる。しかも、光制御素子を導波路光配線２０又は２１と一体で作製する必要がなくなるので、材料や作製プロセスの自由度が向上し、高機能の光制御素子を実現することができる。
【０１２４】
また、導波路光配線２０、２１の光軸の基板２３からの高さがずれていても、２つの導波路型光結合素子４を設けてあるので、高い結合効率を実現することができる。これは、中央の導波路光配線２２を設けない場合においても、導波路光配線２０、２１の間に一つの導波路型光結合素子を設けることによっても実現することができる。
【０１２５】
本発明の第七の実施の形態を図９に基づいて説明する。本実施の形態の光配線の基本的構造は第六の実施の形態（図８参照）の光配線と同じであり、導波路型光結合素子４の形状を、径に対する長さが１以下に設定した場合である。
【０１２６】
この光配線によれば、導波路光配線２０、２１、２２のずれがコア径よりも小さい場合に、高い光結合効率を得ることができると同時に、導波路型光結合素子４の長さが短いために、導波路型光結合素子４自体の導波損失が低減し、より高い結合効率を得ることができるようになる。
【０１２７】
本発明の第八の実施の形態を図１０に基づいて説明する。本実施の形態の光配線では、光入射側素子である導波路光配線２１と導波路光配線２５とが基板２３上に接着され、導波路光配線２５と光結合される位置に光出射側素子である発光素子モジュール１が配置されている。導波路光配線２５には導波光を９０度偏向する光偏向素子２６が設けられている。この光偏向素子２６は、コア２５ａに９０度に屈曲した部分を形成し、その屈曲部分におけるコア２５ａの外側に空気層２７を設けることにより形成されている。発光素子モジュール１と導波路光配線２５とを光結合する導波路型光結合素子４と、導波路光配線２５と導波路光配線２１とを光結合する導波路型光結合素子４とが設けられている。発光素子モジュール１と導波路光配線２５とが光結合される方向と、導波路光配線２５と導波路光配線２１とが光結合される方向とは略垂直である。
【０１２８】
この光配線において、発光素子モジュール１から基板２３方向に垂直に出射されたレーザ光１３ａは、基板２３に垂直な方向の導波路光配線２５のコア２５ａに導波路型光結合素子４により結合する。この導波路光配線２５のコア２５ａに入射した導波光は、光偏向素子２６で基板２３と平行にその進行方向を偏向され、さらに右側の端面から出射して導波路型光結合素子４に入射し、この導波路型光結合素子４から導波路光配線２１のコア２１ａに入射する。
【０１２９】
導波光の進行方向を９０度偏向する従来の光偏向部は、導波路光配線にドライエッチングやダイシングによりコア層を４５度加工することにより形成されており、導波路光配線と一体の構成であるのに対して、本実施の形態の光配線によれば、基板２３上に水平な導波路光配線２１とは別の導波路構造を有する導波路光配線２５に光偏向素子２６を設けているので、この光偏向素子２６を有する導波路光配線２５を多量に高精度に作製することができる。このため、より高い偏向効率とより低コストの光配線を実現することができる。
【０１３０】
一方、導波路光配線２１と導波路光配線２５とを別個に設けることにより、一般的には、これらの導波路光配線２１、２５の間で高精度のアライメントの必要性と結合損失が生じる。しかしながら本実施の形態では、導波路型光結合素子４を設けることにより、高い結合効率を簡単なアライメントで実現でき、その結果、基板２３に垂直方向に出射する発光素子モジュール１と基板２３に水平な導波路光配線２１とを簡単に高効率で光結合することができるようになる。ＶＣＳＥＬのような面型発光素子を表面実装した場合には、基板２３に垂直方向に光が出射されるので、ＶＣＳＥＬのような面型発光素子の実装を簡単に行うことができるようになる。
【０１３１】
本発明の第９の実施の形態を図１１に基づいて説明する。本実施の形態の光配線において、３１、３２は発光素子モジュール１または受光素子モジュール２を設けたマルチチップモジュールであり、半田バンプ３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄによって光電気複合基板３５上に設けられた水平銅配線３６ａ、３６ｂに接続されている。さらに、光電気複合基板３５上には光偏向素子２６を有する２つの導波路光配線２５と、これらの導波路光配線２５を光結合する導波路光配線３７とが接着されている。マルチチップモジュール３１、３２と導波路光配線２５との間、及び、導波路光配線２５と導波路光配線３７との間は、それぞれ導波路型光結合素子４により光結合されている。水平銅配線３６ａ、３６ｂは、スルーホール内銅配線３８ａ、３８ｂにより接続されている。
【０１３２】
この光配線では、マルチチップモジュール３１、３２への電気信号および電力は、水平銅配線３６ａ、３６ｂと垂直方向のスルーホール内銅配線３８ａ、３８ｂにより光電気複合基板３５内を伝送し、さらに光電気複合基板３５上で半田バンプ３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄを用いて伝送することができる。さらに、マルチチップモジュール３１、３２間の電気信号伝送も、これらの水平銅配線３６ａ、３６ｂおよびスルーホール内銅配線３８ａ、３８ｂを用いて実現することができる。
【０１３３】
このとき、マルチチップモジュール３１、３２間の光信号伝送は、マルチチップモジュール３１の発光素子モジュール１からの発光光束が、光偏向素子２６を設けた導波路構造を有する導波路光配線２５と導波路型光結合素子４で光結合し、さらにこの導波路光配線２５と導波路光配線３７のコア３７ａと導波路型光結合素子４で光結合することにより、高い効率と低いアライメント精度で光電気複合基板３５に水平方向に進行させて光信号として伝送することができる。さらに、この光電気複合基板３５を水平方向に進行された光信号としての導波光は、発光素子モジュール１とは別の光偏向素子２６を設けた導波路構造を有する導波路光配線２５により、別のマルチチップモジュール３２の受光素子モジュール２へ光結合し、マルチチップモジュール３１、３２間で伝送できる。
【０１３４】
また、光偏向素子２６を設けた導波路構造を有する導波路光配線２５を、光電気複合基板３５を貫通する構造とし、光電気複合基板３５の下側に光配線を設けることも可能である。これにより、光電気複合基板３５の上側を電気実装部、下側を光配線部と上下分離することができ、リフローによる電気実装工程のあとに光配線を設けることができ、導波路の耐熱性が低くてもよいので低損失の安価な導波路光配線を実現することができる。
【０１３５】
本発明の第十の実施の形態を図１２に基づいて説明する。本実施の形態は、上述した光配線の製造方法に関するものである。図１２（ａ）、（ｂ）は、光出射側素子である発光素子モジュール１と光入射側素子１４の一部であるレンズ３との間に、導波路型光結合素子を形成する低弾性体材料の前駆材料となる液体材料４１を設ける工程を示している。液体材料４１はディスペンサ４２内に貯留されており、ディスペンサ４２の先端を発光素子モジュール１のガラス窓８近傍に配置または密着し（図１２（ａ））、ディスペンサ４２内の液体材料４１を滴下しながらレンズ３の方向にディスペンサ４２を移動させ、最終的に、レンズ３方向へ移動させたディスペンサ４２の先端をレンズ３近傍に配置または密着させる（図１２（ｂ））。これにより、最初の段階でガラス窓８に付着した液体材料４１がディスペンサ４２の移動に伴って自らの粘性と表面張力とによりレンズ３に向けて伸び出し、ガラス窓８とレンズ３との間で架橋構造が形成される。
【０１３６】
その後、架橋構造となった液体材料４１に対して紫外線ランプ４３により紫外線を照射する（図１２（ｃ））。この紫外線の照射により、液体材料４１が低弾性体化されたゴム状態に化学変化し、導波路型光結合素子４が形成される（図１２（ｄ））。
【０１３７】
この化学変化の結果としては、ゴム状態となる必要はなく、ゲル状態となってもよく、液体材料４１にアクリレートまたはメタクリレートを有するモノマー材料と光開始剤とを混合しておくことにより実現できる。熱重合開始剤を用いてもよい。また、液体材料４１としては、高温でのゾル状態と低温でのゲル状態となる物理ゲルを用いたり、溶媒や含有イオンの濃度変化によりゲル化する材料を用いてもよい。また、触媒を用いたシロキサン系材料、エポキシ材料、エチレンオキシド材料を用いることができる。
【０１３８】
また、この架橋構造は、液体材料４１の材料組成のみならず、粘度や滴下量、滴下移動速度、発光素子モジュール１のガラス窓８およびレンズ３の界面特性、粘性により調整でき、適切な構成の架橋構造を実現することができる。
【０１３９】
本発明の第十一の実施の形態を図１３に基づいて説明する。本実施の形態は、上述した光配線の製造方法に関するものである。本実施の形態の製造方法の図１３（ａ）〜図１３（ｄ）は第十の実施の形態の図１２（ａ）〜図１２（ｄ）と同じであり、その後、形成された導波路型光結合素子４に対して熱硬化処理することにより高弾性化している（図１３（ｅ））。この高弾性化処理を施すことにより、導波路型光結合素子４の機械的強度や信頼性が向上する。
【０１４０】
本発明の第十二の実施の形態を図１４に基づいて説明する。本実施の形態は、上述した光配線の製造方法に関するものである。本実施の形態の製造方法の図１４（ａ）〜図１４（ｄ）は第十の実施の形態の図１２（ａ）〜図１２（ｄ）と同じであり、その後、形成された導波路型光結合素子４の周囲に高弾性材料から被覆層１５を形成したものである（図１４（ｅ））。この被覆層１５は第二の実施の形態（図４参照）で説明した被覆層１５と同じものである。この被覆層１５の形成は、形成された導波路型光結合素子４に対して親水性を有するシランカップリングを蒸気で行い、さらにその後に親水性材料をこの導波路型光結合素子４に滴下することにより、親水性材料の粘性に応じた膜厚で導波路型光結合素子４を被覆する被覆層１５を形成することができる。この親水性材料に予めアクリレートモノマーを含有しておき、この形成された被覆層１５をゲル化、ゴム化させて硬い材料とすることにより、内側の低弾性材料に対して相対的に高弾性である材料で被覆することができる。
【０１４１】
本発明の第十三の実施の形態を図１５に基づいて説明する。本実施の形態は、上述した光配線４の製造方法に関するものである。図１５（ａ）は、導波路型光結合素子を光結合する箇所であるガラス窓８とレンズ３とに親水性塗布膜５１を塗布した工程である。この親水性塗布膜５１を塗布する部分以外は、予めシランカップリング剤により疎水化しておく。その後、ディスペンサ（図１２参照）により導波路型光結合素子を形成する低弾性体材料の前駆材料となる液体材料４１を過剰に滴下する。この液体材料４１を滴下する作業では、最初液体材料４１をガラス窓８又はレンズ３に付着させ、その後、液体材料４１をゆっくり滴下させることにより、滴下された液体材料４１が自らの粘りと表面張力とにより次第に膨らんでいき、やがて、レンズ３又はガラス窓８に到達し、ガラス窓８とレンズ３との間に多量の液体材料４１からなる架橋構造が形成される（図１５（ｂ））。その後、図示しない超音波加振機により全体又は発光素子モジュール１とレンズ３とのどちらか一方を振動させることにより、液体材料４１に流体運動を励起させて液体材料４１の過剰分を落とす。これにより、残った液体材料４１は自らの表面張力により中央部分が細くなった形状の架橋構造となる（図１５（ｃ））。その後、架橋構造となった液体材料４１に対して紫外線を照射し、液体材料４１を低弾性体化して導波路型光結合素子４を形成する（図１５（ｄ））。
【０１４２】
この製造方法によれば、ディスペンサをガラス窓８とレンズ３との間で移動させる必要なく、作業が簡単になる。また、ディスペンサが挿入できない狭ギャップ中に導波路型光結合素子４を作製することもできる。液体材料４１に流体運動を励起させる方法としては、超音波加振機以外にも、ファンによる送風、モータ振動装置等を用いても効果的である。
【０１４３】
本発明の第十四の実施の形態を図１６に基づいて説明する。本実施の形態は上述した光配線の製造方法に関するものである。図１６（ａ）は、導波路型光結合素子を光結合する箇所であるガラス窓８とレンズ３とに親水性塗布膜５１を塗布した工程である。この親水性塗布膜５１を塗布する部分以外は、予めシランカップリング剤により疎水化しておく。また、発光素子モジュール１とレンズ３とを、最適なギャップに対して短いギャップとなるように配置しておく。その後、ディスペンサ（図１２参照）により導波路型光結合素子を形成する低弾性体材料の前駆材料となる液体材料４１を適量滴下し、上述した図１５（ｂ）での工程と同じようにして、ガラス窓８とレンズ３との間に多量の液体材料４１からなる架橋構造を形成する（図１６（ｂ））。その後、図示していないピエゾ変位機により発光素子モジュール１とレンズ３との一方を離反方向へ変位させて適切なギャップとする。これにより、液体材料４１は自らの表面張力により中央部分が細くなった形状の架橋構造となる（図１６（ｃ））。その後、架橋構造となった液体材料４１に対して紫外線を照射し、液体材料４１を低弾性体化して導波路型光結合素子４を形成する（図１６（ｄ））。
【０１４４】
発光素子モジュール１とレンズ３とを変位させる場合には、半田バンプによるセルフアライメントを用いてもよい。
【０１４５】
【発明の効果】
請求項１記載の発明の導波路型光結合素子によれば、光出射側素子の光軸と光入射側素子の光軸とがずれている場合でも、導波路型光結合素子が低弾性材料により形成されているためにそのずれに応じて変形することが可能となり、光出射側素子と光入射側素子とを光結合する際に高精度の位置合わせが不要となり、光結合する際のコストを低減できる。
【０１６１】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の導波路型光結合素子において、周囲に高弾性体材料からなる被覆層が設けられているので、導波路型光結合素子の機械的強度や信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施の形態の光配線を示す概略図である。
【図２】導波路型光結合素子自体の光軸を自発的に偏向する作用を説明する説明図である。
【図３】光配線から導波路型光結合素子を省いた場合の比較例を説明する説明図である。
【図４】本発明の第二の実施の形態の光配線を示す概略図である。
【図５】本発明の第三の実施の形態の光配線を示す概略図である。
【図６】本発明の第四の実施の形態の光配線を示す概略図である。
【図７】本発明の第五の実施の形態の光配線を示す概略図である。
【図８】本発明の第六の実施の形態の光配線を示す概略図である。
【図９】本発明の第七の実施の形態の光配線を示す概略図である。
【図１０】本発明の第八の実施の形態の光配線を示す概略図である。
【図１１】本発明の第九の実施の形態の光配線を示す概略図である。
【図１２】本発明の第十の実施の形態の光配線の製造方法を示す概略図である。
【図１３】本発明の第十一の実施の形態の光配線の製造方法を示す概略図である。
【図１４】本発明の第十二の実施の形態の光配線の製造方法を示す概略図である。
【図１５】本発明の第十三の実施の形態の光配線の製造方法を示す概略図である。
【図１６】本発明の第十四の実施の形態の光配線の製造方法を示す概略図である。
【図１７】従来例の光配線の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１出射側素子
４導波路型光結合素子
４ａ、４ｂ密着固定部
１４入手側素子
１５被覆層
１６導波路型光結合素子
１７導波路光配線
１８導波路光配線
２０入射側素子
２１出射側素子
２２導波路光配線
２６光偏向素子
３５基板
３６ａ、３６ｂ電気配線
４１液体材料[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a waveguide type optical coupling element, an optical wiring, and a manufacturing method thereof.
[0002]
[Prior art]
As a method of optically coupling a light emitting side element that emits light and a light incident side element that enters light, no element for optical coupling is provided between the light emitting side element and the light incident side element. A method (generally called an end face connection or a direct connection) is known (see Patent Document 1). FIG. 17 is an invention disclosed in Patent Document 1, in which an optical element (laser diode) 103 is mounted on a sub-substrate 101 via bumps 102 and the optical element 103 is directly optically coupled to the optical fiber 104. . In the present invention, in order to eliminate the need for position control with a high-precision optical mounting machine at the time of mounting, the optical element 103 and the sub-board 101 are mounted by mounting the optical element 103 on the sub-board 101 via the bumps 102. Position control is performed. Further, the V-groove 105 formed by using the photolithography process is provided in the sub-substrate 101, and the optical fiber 104 and the optical element 103 are controlled by inserting the optical fiber 104 into the V-groove 105.
[0003]
Further, in direct coupling, there has been proposed an invention in which a liquid or an adhesive is interposed instead of air between a light emitting side element that emits light and a light incident side element that enters light (Patent Documents 2 and 3). reference). This adhesive has two functions of fixing the position and reducing the refractive index difference. In order to eliminate the presence of an air layer, the adhesive is in a liquid state at the time of dispensing. It can be changed to a high material or a highly elastic body.
[0004]
Further, an invention in which an optical coupling element is provided between a light emitting side element and a light incident side element has been proposed (see Patent Document 4). In the present invention, a light guide path filled with a flexible light transmitting member inside a tapered member is used as an optical coupling element, and the position control of the optical fiber is performed in a tapered shape.
[0005]
[Patent Document 1]
Japanese Patent No. 2616550
[Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 5-107425
[Patent Document 3]
Japanese Patent Laid-Open No. 7-27946
[Patent Document 4]
JP 2001-59919 A
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
The invention disclosed in Patent Document 1 does not require a high-precision optical mounting machine at the time of mounting, but requires a sub-board 101 on which bumps 102 and V-grooves 105 are formed. It will never be cheaper.
[0007]
In the inventions disclosed in Patent Documents 2 and 3, a high-precision optical mounting machine is required for aligning the light emitting side element and the light incident side element, and the mounting cost also increases.
[0008]
In the invention disclosed in Patent Document 4, the alignment between the tapered member and the optical fiber can be performed without using an optical mounting machine, but the position of the tapered member and the light emitting side element (optical semiconductor). An optical mounting machine is required for matching, and the overall mounting cost increases.
[0009]
An object of the present invention is to eliminate the need for highly accurate alignment when optically coupling a light emitting side element and a light incident side element, and to reduce the cost when optically coupling.
[0010]
Another object of the present invention is to increase the optical coupling efficiency between the light emitting side element and the light incident side element.
[0011]
Another object of the present invention is to improve the mechanical strength and reliability of optical coupling between the light emitting side element and the light incident side element.
[0012]
Another object of the present invention is to reduce the loss in optical coupling between the light emitting side element and the light incident side.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to claim 1 optically couples the light emitting side element that emits light and the light incident side element that enters light.Using a core and clad waveguideIn the waveguide type optical coupling element, the waveguide type optical coupling element isElastic constant 10 ² dyn / cm ³ 10 or more ⁸ dyn / cm ³ IsIt consists of a low elastic body material, and can be self-supported in the state of a low elastic body material.
[0014]
Therefore, even when the optical axis of the light emitting side element and the optical axis of the light incident side element are deviated, the waveguide type optical coupling element is formed of a low elastic material, so that it deforms according to the deviation. Therefore, when optically coupling the light emitting side element and the light incident side element, high-accuracy alignment is unnecessary, and the cost for optical coupling is reduced. Furthermore, since the light travels in a state confined in the waveguide, the optical coupling efficiency between the light emitting side element and the light incident side element is increased.
[0015]
In the present invention, “low elasticity” is a state with respect to viscoelasticity possessed by soft and stretchable gels or rubbers or many polymer compounds, and is made of ceramics, glass or TiO 2.₂And SiO₂Such a state is different from the highly elastic state of the optical crystal. The hardness is low Vickers hardness, and the elastic constant and viscosity are small values. In addition, “low elasticity” here indicates that the waveguide type optical coupling element can be deformed while being self-supported without being destroyed by the action of a tensile force with respect to the amount of deviation of the optical axis. . More specifically, the elastic constant is 10²dyn / cm³10 or more⁸dyn / cm³It is as follows. 10²dyn / cm³Less than 10 and it is difficult to support itself.⁸dyn / cm³If the optical axis is larger, the waveguide type optical coupling element has an optical axis shift of 0.5 μm or more depending on the shape of the waveguide type optical coupling element and the characteristics and arrangement of the light receiving element and the light emitting element. It is difficult to realize sufficient optical axis deflection with respect to the waveguide. More preferably, 10³dyn / cm³10 or more⁶dyn / cm³As described below, sufficient self-supporting strength and high optical coupling efficiency due to deformation of the optical axis of the waveguide type optical coupling element corresponding to 1 μm or more can be realized. Moreover, in Vickers hardness, it is preferable that it is 5 or less.
[0016]
In addition, this departureClearlyIn this case, “self-supporting” means that it has a strength capable of maintaining its shape by supporting both ends even if it is not placed on the substrate.
[0017]
Further, in the present invention and each of the following inventions, the “waveguide” has an action of confining light in the inside thereof, unlike a simple adhesive. For this reason, the distance between the light emitting side element and the light incident side element does not need to be sufficiently small with respect to the cross-sectional area of the waveguide, and low-loss light is obtained even at a distance longer than the equivalent diameter given by the cross-sectional area. Bonding can be realized.
[0058]
The invention according to claim 2 is the waveguide type optical coupling element according to claim 1, whereinHigh elasticity relative to the low elastic materialA coating layer made of a highly elastic material is provided.
[0059]
Therefore, by providing this covering layer, the mechanical strength and reliability of the waveguide type optical coupling element are improved.
[0084]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a schematic view showing an optical wiring having a light emitting element module 1, a light receiving element module 2, a lens 3, and a waveguide type optical coupling element 4 which are light emitting side elements. The light receiving element module 2 and the lens 3 are connected by connecting means (not shown) to form a light incident side element 14.
[0085]
The light emitting element module 1 includes a light emitting element substrate 5, a surface type light emitting element 6 mounted on the light emitting element substrate 5, a light emitting element case 7 surrounding the light emitting element 6, and an emission side surface of the light emitting element case 7. The glass window 8 is provided.
[0086]
The light receiving element module 2 is provided on a light receiving element substrate 9, a light receiving element 10 mounted on the light receiving element substrate 9, a light receiving element case 11 surrounding the light receiving element 10, and a light receiving side surface of the light receiving element case 1. And the glass window 12 formed.
[0087]
The lens 3 serves to form an image of light emitted from the light emitting element 6 on the light receiving element 10.
[0088]
The waveguide type optical coupling element 4 has a contact fixing part 4a that is closely fixed to the glass window 8 of the light emitting element module 1 at one end and a contact fixing part 4b that is closely fixed to the surface of the lens 3 at the other end. is doing. Here, the laser beam 13a emitted from the light emitting element 6 is optically coupled to the waveguide type optical coupling element 4 that is tightly fixed to the glass window 8, and propagates through the waveguide type optical coupling element 4 to be used for optical coupling. The light is condensed by the lens 3 and becomes a light-receiving light beam 13b propagating in space, which enters the light-receiving element 10 in the light-receiving element module 2 and is photoelectrically converted. At this time, information can be transmitted between the light emitting element module 1 and the light receiving element module 2 by modulating the laser beam 13a in accordance with the information.
[0089]
The waveguide type optical coupling element 4 is a self-supporting waveguide, and can be self-supported even if it is not provided on a substrate. The self-supporting waveguide here refers to a waveguide made of a waveguide material having a strength capable of maintaining the waveguide structure by supporting both ends. Therefore, the waveguide type optical coupling element 4 can be provided in the air with both ends supported by the glass window 8 and the lens 3.
[0090]
In addition, since this waveguide type optical coupling element 4 is a self-supporting waveguide as well as a waveguide, it has an action of confining light inside the adhesive, unlike an adhesive used between the waveguides. For this reason, the distance between the glass window 8 and the lens 3 need not be sufficiently small with respect to the cross-sectional area, and low-loss optical coupling can be realized even at a distance longer than the equivalent diameter given by the cross-sectional area. Can do.
[0091]
Further, the waveguide type optical coupling element 4 made of this self-supporting waveguide is made of a low elastic material. Since it is made of a low elastic material, it has shape deformability, and therefore, even when the optical axes of the light emitting element 6 and the lens 3 at both ends of the waveguide type optical coupling element 4 do not coincide with each other, the waveguide itself By deforming the shape and spontaneously deflecting the optical axis of the waveguide type optical coupling element 4 itself, high-efficiency optical coupling can be realized.
[0092]
In addition, even when the temperature changes and the position shifts due to the difference in expansion coefficient, the shape of the waveguide itself is deformable because it is made of a low elastic material. To achieve high-efficiency optical coupling.
[0093]
Low elasticity here is a state with respect to the viscoelasticity which soft and elastic gel or rubber or many high molecular compounds have, and is ceramic, glass, or TiO.₂And SiO₂Such a state is different from the highly elastic state of the optical crystal. The hardness is low Vickers hardness, and the elastic constant and viscosity are small values. The low elasticity here indicates that the waveguide type optical coupling element 4 can be deformed while being self-supported without being destroyed by the action of a tensile force with respect to the amount of deviation of the optical axis. More specifically, the elastic constant is 10²dyn / cm³10 or more⁸dyn / cm³It is as follows. 10²dyn / cm³Less than 10 is difficult to self-support.⁸dyn / cm³If it is larger, depending on the shape of the waveguide type optical coupling element 4 and the characteristics and arrangement of the light emitting element 6, the waveguide type optical coupling element 4 is not affected by the optical axis shift of 0.5 μm or more. It is difficult to realize sufficient optical axis deflection with respect to the waveguide. More preferably, 10³dyn / cm³10 or more⁶dyn / cm³As described below, sufficient self-supporting strength and high optical coupling efficiency due to deformation of the optical axis of the waveguide type optical coupling element 4 corresponding to 1 μm or more can be realized. Moreover, in Vickers hardness, it is preferable that it is 5 or less. At the same time, unlike conventional waveguide materials, it is preferable to have soft stretchability, and a material that does not break even when stretched to 120% or more is used.
[0094]
As this low elastic material, since it is also a waveguide, it is preferable that the material has a low loss, and as the gel, a material containing a solvent in which an acrylate material is polymerized or a material in which a solvent structure is polymerized, A silicone material having a siloxane bond can be used. Similarly, a normal rubber material can be used as the rubber material, and at the same time, a chicone material or the like can be used. Furthermore, as a soft polymer material, a polymer material having many amorphous portions can be used.
[0095]
The waveguide type optical coupling element 4 made of this low elastic material is self-supporting and also functions as a self-shaped waveguide. This is because, since the low elastic material has a deformability, the surface tension of the waveguide type optical coupling element 4 is smoothed by the surface tension, unlike the waveguide molded by the mold, so that the loss can be reduced. At the same time, the tension is applied to the light emitting element module 1 and the lens 3 supported at both ends, and the shape is controlled so that the distance of the optical axis is minimized. Thereby, a lower-loss waveguide can be realized. In addition to the physical property values related to the waveguide-type optical coupling element 4 such as the amount of the waveguide-type optical coupling element, the elastic constant, and the rheological characteristics, this self-molded shape is the shape of the support that supports this at both ends, Furthermore, the surface performance such as hydrophilicity and hydrophobicity can be controlled.
[0096]
Furthermore, since the waveguide type optical coupling element 4 made of the low elastic material has a tension acting on the supports at both ends thereof, the light emitting element module 1 that supports the waveguide type optical coupling element 4 at both ends or By providing mobility to at least one of the lenses 3, the position can be controlled. Thereby, highly accurate self-alignment can also be realized.
[0097]
Further, the waveguide type optical coupling element 4 made of this low elastic material can be provided with an action of assembling and installing the lens 3 itself by imparting adhesiveness. In the case of using a silicone material having a siloxane bond or the like, a good adhesive force can be obtained by performing a hydrophilic treatment in advance. By providing a precoat layer in addition to the hydrophilic treatment, good adhesive force can be obtained.
[0098]
Further, the waveguide type optical coupling element 4 may be provided alone without using the lens 3. That is, the waveguide type optical coupling element 4 may be supported at both ends by the glass window 8 of the light emitting element module 1 and the glass window 12 of the light receiving element module 2. At this time, light from the light emitting element 6 optically coupled to the waveguide type optical coupling element 4 is directly emitted from the glass window 12 of the light receiving element module 2 into the light receiving element module 2 and enters the light receiving element 10.
[0099]
The shape of the waveguide type optical coupling element 4 is not limited to the pincushion taper shape as shown in FIG. This shape is due to the shift of the optical axis between the light-emitting element module 1 and the light-receiving element module 2 in the case of self-alignment, the gap between the two spaces, the amount of material of the waveguide type optical coupling element 4, and the support at both ends. Depending on the method, etc.
[0100]
Here, as a material of the waveguide type optical coupling element 4, in addition to the materials described above, those described below can be used. For example, a material having a glass transition point of 0 degrees or less and capable of self-supporting above the glass transition point, a material composed of a thermoplastic low-elasticity material and capable of self-supporting in the state of the thermoplastic low-elasticity material, Materials that are self-supporting made of photosensitive low-elasticity material, materials that are low-elasticity material having a microphase-separated structure below the wavelength of light, materials that can be self-supporting in the state of this low-elasticity material, self-supporting Fluoro rubber, self-supporting acrylic acid or methacrylic acid copolymer.
[0101]
FIG. 2 explains the action of spontaneously deflecting the optical axis of the waveguide type optical coupling element 4 itself. FIG. 2A shows the case where the optical axes of the light emitting element module 1 and the lens 3 coincide with each other. (B) is a case where the optical axes of the light emitting element module 1 and the lens 3 do not coincide.
[0102]
2A, since the optical axes of the light emitting element module 1 and the lens 3 coincide with each other as described in FIG. 1, the taper shape of the waveguide type optical coupling element 4 and the lens curvature are expressed as follows. Highly efficient optical coupling can be realized by optimally designing in accordance with the distance between the light emitting element module 1 and the light receiving element module 2, the refractive index of the waveguide type optical coupling element 4 and the lens 3, and the like.
[0103]
On the other hand, FIG. 2B shows a case where the optical axes of the light emitting element module 1 and the lens 3 are shifted and do not coincide with each other because alignment is not performed with high accuracy. However, since the waveguide type optical coupling element 4 is made of a low elastic material, its shape is deformed corresponding to the deviation of the optical axis. At this time, the waveguide light is confined in the deformed waveguide because of the waveguide structure. Therefore, the main traveling direction (pointing vector) is deflected as the guided light in the waveguide type optical coupling element 4, so that the optical coupling to the light receiving element 10 in the light receiving element module 2 is high. Can be combined with efficiency.
[0104]
Furthermore, the waveguide type optical coupling element 4 using this low-elasticity material is not limited to the position adjustment at the time of assembly, and the positional deviation between the light emitting element module 1 and the lens 3 due to the thermal change after the assembly, Even when the light-emitting element module 1 and the lens 3 are displaced for a short time due to vibration, the shape of the waveguide-type optical coupling element 4 itself is deformed, so that a decrease in optical coupling efficiency can be reduced.
[0105]
FIG. 3 is a comparative example in which the waveguide type optical coupling element 4 is omitted from the configuration of FIG. FIG. 3A shows a state corresponding to FIG. 2A, and the optical axes of the light emitting element module 1 and the lens 3 coincide with each other. FIG. 3B is a state corresponding to FIG. 2B, and the optical axes of the light emitting element module 1 and the lens 3 are shifted and do not coincide with each other because alignment is not performed with high accuracy.
[0106]
In FIG. 3A, the laser light 13a emitted from the light emitting element 6 is favorably incident on the light receiving element 10 in the light receiving element module 2, and high optical coupling efficiency is obtained. On the other hand, in the case of 3 (b), the effective optical axis of the lens 3 is inclined, so that the light cannot be collected in the surface of the light receiving element 10 and the light coupling efficiency is low.
[0107]
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The same parts as those described in FIGS. 1 to 3 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is also omitted (the same applies to the following embodiments).
[0108]
In the present embodiment, a coating layer 15 made of a highly elastic material is provided around the waveguide type optical coupling element 4.
[0109]
By providing such a coating layer 15, the mechanical strength and reliability of the waveguide type optical coupling element 4 are improved.
[0110]
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, the waveguide type optical coupling element 16 is not formed from a homogeneous constituent material, but is formed so as to have different refractive index distributions. In the waveguide type optical coupling element 15 of FIG. 5, the dark color portion near the optical axis has a high refractive index, and the light color portion near the interface has a low refractive index. The refractive index distribution is more preferably a distribution according to the square of the radius like a 50 um multimode fiber, but is not limited thereto. The refractive index distribution type waveguide optical coupling element 16 having a small refractive index near the interface is unlikely to cause an increase in propagation loss due to a shape change in the vicinity of the interface, so that a low loss waveguide type optical coupling element 16 is configured. Can do.
[0111]
A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the optical wiring of the present embodiment, a waveguide optical wiring 17 is provided in place of the light receiving element module 2, and the light incident side element 14 is configured by the waveguide optical wiring 17 and the lens 3. The waveguide optical wiring 17 is composed of a core 17a having a large refractive index and a clad 17b having a small refractive index positioned surrounding the core 17a. A waveguide type optical coupling element 4 is provided between the light emitting element module 1 and the lens 3.
[0112]
In this optical wiring, the laser beam 13 a emitted from the light emitting element 6 is optically coupled to the waveguide type optical coupling element 4 in close contact with the glass window 8 of the light emitting element module 1, and then collected by the optical coupling lens 3. The received light beam 13b is transmitted and propagates in space, and this received light beam 13b can enter the core 17a of the waveguide optical wiring 17 and be optically coupled with high efficiency.
[0113]
In general, the optical wiring provided on the substrate shifts the optical axis between the light emitting element module 1 and the core 17a of the waveguide optical wiring 17 due to the positional deviation of the formed waveguide itself or the thermal expansion of the substrate. Easy to shift.
[0114]
However, in the present embodiment, as shown in FIG. 6, the light from the light emitting element module 1 can be optically coupled to the waveguide optical wiring 17 by the waveguide type optical coupling element 4 having a self-alignment function. A low-loss optical wiring can be realized.
[0115]
In addition, when the waveguide optical wiring 17 is a multimode waveguide, there are many modes unlike a single mode waveguide, so that mode conversion occurs on the curved surface serving as the interface of the waveguide type optical coupling element 4. Even in this case, since it is only necessary to convert to another mode, the loss is much lower than that of a single mode waveguide type optical coupling element.
[0116]
A fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the optical wiring of the present embodiment, a waveguide optical wiring 18 is provided instead of the light emitting element module 1 as a light emitting side element. The waveguide optical wiring 18 is composed of a core 18a having a high refractive index and a clad 18b having a low refractive index located across the core 18a. A waveguide type optical coupling element 4 is provided between the waveguide optical wiring 18 and the lens 3.
[0117]
In this optical wiring, the outgoing light beam from the waveguide optical wiring 18 is optically coupled to the waveguide type optical coupling element 4, and then condensed by the lens 3 for optical coupling to become a received light beam 13b propagating in space. This received light beam 13b can be optically coupled to the light receiving element 10 of the light receiving element module 2 with high efficiency.
[0118]
In general, the optical wiring provided on the substrate is likely to shift the optical axis or the distance between the waveguide optical wiring 18 and the lens 3 due to the positional shift of the formed waveguide itself or the thermal expansion of the substrate.
[0119]
However, in this embodiment, as shown in FIG. 7, the light from the core 18a of the waveguide optical wiring 18 can be optically coupled by the waveguide type optical coupling element 4 having a self-alignment function. It becomes possible to realize the optical wiring.
[0120]
A sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the present embodiment, the waveguide optical wiring 20 that is the light emitting side element, the waveguide optical wiring 21 that is the light incident side wiring, and the waveguide optical wiring 20 and 21 are positioned between these waveguide optical wirings 20 and 21. The optical wiring 22 is disposed in the horizontal direction, and is bonded to the substrate 23 with an adhesive layer 24. These waveguide optical wirings 20, 21, and 22 are respectively composed of cores 20a, 21a, and 22a having a large refractive index and clads 20b, 21b, and 22b having a small refractive index that are positioned around the cores 20a, 21a, and 22a. It is configured.
[0121]
A waveguide type optical coupling element 4 is provided between the end face on the light emitting side of the waveguide optical wiring 20 and one end face of the waveguide optical wiring 22, and the other end face of the waveguide optical wiring 22 and the waveguide light. A waveguide type optical coupling element 4 is provided between the end face on the incident side of the wiring 21.
[0122]
Since the waveguide type optical coupling elements 4 are provided at both ends of the central waveguide optical wiring 22, the height of the optical axis of the waveguide optical wiring 22 on the substrate 23 from the substrate 23 is the other two waveguides. Even when the optical axes of the waveguide optical wirings 20 and 21 are deviated from each other, high coupling efficiency can be obtained between the waveguide optical wiring 20 and the waveguide optical wiring 21. Further, even if the optical axes of the waveguide optical wiring 20 and the waveguide optical wiring 21 are shifted from each other from the substrate 23, the production accuracy of the height of the optical axis of the waveguide optical wiring 22 from the substrate 23 is improved. The horizontal alignment accuracy of the plurality of waveguide optical wirings 20, 21, and 22 wired in the horizontal direction can be reduced. Furthermore, the manufacturing accuracy of the thickness of the adhesive layer 24 in the direction perpendicular to the substrate 23 can be reduced, and a high coupling efficiency can be obtained without increasing the alignment accuracy.
[0123]
Further, in the present embodiment, even when a light control element such as an optical switch, a wavelength conversion element, or a polarization conversion element is provided in the central waveguide optical wiring 22, the two waveguide optical wirings 20 and 21 at both ends are made highly efficient. And loss due to insertion of the light control element can be reduced. In addition, since it is not necessary to manufacture the light control element integrally with the waveguide optical wiring 20 or 21, the degree of freedom of materials and manufacturing processes is improved, and a highly functional light control element can be realized.
[0124]
Further, even if the optical axes of the waveguide optical wirings 20 and 21 are shifted from the substrate 23, the two waveguide optical coupling elements 4 are provided, so that high coupling efficiency can be realized. This can be realized by providing one waveguide type optical coupling element between the waveguide optical wirings 20 and 21 even when the central waveguide optical wiring 22 is not provided.
[0125]
A seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The basic structure of the optical wiring of this embodiment is the same as that of the sixth embodiment (see FIG. 8), and the waveguide type optical coupling element 4 has a shape with a length of 1 or less with respect to the diameter. This is the case.
[0126]
According to this optical wiring, when the deviation of the waveguide optical wirings 20, 21, and 22 is smaller than the core diameter, high optical coupling efficiency can be obtained, and at the same time, the length of the waveguide type optical coupling element 4 can be increased. Since it is short, the waveguide loss of the waveguide type optical coupling element 4 itself is reduced, and higher coupling efficiency can be obtained.
[0127]
An eighth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the optical wiring of the present embodiment, the waveguide optical wiring 21 and the waveguide optical wiring 25 which are light incident side elements are bonded on the substrate 23, and the light output side is located at a position where it is optically coupled to the waveguide optical wiring 25. A light emitting element module 1 as an element is arranged. The waveguide optical wiring 25 is provided with an optical deflection element 26 that deflects the guided light by 90 degrees. The light deflection element 26 is formed by forming a portion bent at 90 degrees in the core 25a and providing an air layer 27 outside the core 25a in the bent portion. A waveguide type optical coupling element 4 that optically couples the light emitting element module 1 and the waveguide optical wiring 25 and a waveguide type optical coupling element 4 that optically couples the waveguide optical wiring 25 and the waveguide optical wiring 21 are provided. It has been. The direction in which the light emitting element module 1 and the waveguide optical wiring 25 are optically coupled is substantially perpendicular to the direction in which the waveguide optical wiring 25 and the waveguide optical wiring 21 are optically coupled.
[0128]
In this optical wiring, the laser light 13 a emitted from the light emitting element module 1 perpendicular to the direction of the substrate 23 is coupled to the core 25 a of the waveguide optical wiring 25 in the direction perpendicular to the substrate 23 by the waveguide type optical coupling element 4. . The guided light incident on the core 25a of the waveguide optical wiring 25 is deflected in the traveling direction in parallel with the substrate 23 by the optical deflecting element 26, and further exits from the right end face and enters the waveguide type optical coupling element 4. Then, the light enters from the waveguide type optical coupling element 4 to the core 21 a of the waveguide optical wiring 21.
[0129]
A conventional optical deflection unit that deflects the traveling direction of guided light by 90 degrees is formed by processing a core layer by 45 degrees on the waveguide optical wiring by dry etching or dicing, and has a structure integrated with the waveguide optical wiring. On the other hand, according to the optical wiring of the present embodiment, the optical deflection element 26 is provided on the waveguide optical wiring 25 having a waveguide structure different from the horizontal waveguide optical wiring 21 on the substrate 23. Therefore, a large amount of the waveguide optical wiring 25 having the optical deflection element 26 can be manufactured with high accuracy. For this reason, higher deflection efficiency and lower cost optical wiring can be realized.
[0130]
On the other hand, by providing the waveguide optical wiring 21 and the waveguide optical wiring 25 separately, generally, the necessity of high-precision alignment and coupling loss occur between the waveguide optical wirings 21 and 25. . However, in the present embodiment, by providing the waveguide type optical coupling element 4, high coupling efficiency can be realized by simple alignment. As a result, the light emitting element module 1 that emits light in the direction perpendicular to the substrate 23 and the substrate 23 are horizontal. The optical waveguide 21 can be easily optically coupled with high efficiency. When a surface light emitting device such as a VCSEL is mounted on the surface, light is emitted in a direction perpendicular to the substrate 23, so that the surface light emitting device such as a VCSEL can be easily mounted.
[0131]
A ninth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the optical wiring of the present embodiment, reference numerals 31 and 32 are multichip modules provided with the light emitting element module 1 or the light receiving element module 2, and are provided on the photoelectric composite substrate 35 by solder bumps 33a, 33b, 33c, and 33d. Are connected to horizontal copper wirings 36a and 36b. Further, two waveguide optical wirings 25 each having an optical deflection element 26 and a waveguide optical wiring 37 that optically couples these waveguide optical wirings 25 are bonded on the photoelectric composite substrate 35. The multi-chip modules 31 and 32 and the waveguide optical wiring 25 and the waveguide optical wiring 25 and the waveguide optical wiring 37 are optically coupled by the waveguide type optical coupling element 4, respectively. The horizontal copper wirings 36a and 36b are connected by through-hole copper wirings 38a and 38b.
[0132]
In this optical wiring, electrical signals and power to the multichip modules 31 and 32 are transmitted through the photoelectric composite substrate 35 through the horizontal copper wirings 36a and 36b and the through-hole copper wirings 38a and 38b in the vertical direction. Transmission can be performed on the electric composite substrate 35 using the solder bumps 33a, 33b, 33c, and 33d. Furthermore, electrical signal transmission between the multichip modules 31 and 32 can also be realized by using these horizontal copper wirings 36a and 36b and through-hole copper wirings 38a and 38b.
[0133]
At this time, optical signal transmission between the multi-chip modules 31 and 32 is performed by guiding the light flux from the light-emitting element module 1 of the multi-chip module 31 to the waveguide optical wiring 25 having a waveguide structure provided with the optical deflection element 26. By optically coupling with the waveguide optical coupling element 4 and further optically coupling with the waveguide optical interconnection 25, the core 37a of the waveguide optical interconnection 37, and the waveguide optical coupling element 4, the light can be obtained with high efficiency and low alignment accuracy. The electric composite substrate 35 can be transmitted in the horizontal direction and transmitted as an optical signal. Further, the guided light as the optical signal traveling in the horizontal direction on the photoelectric composite substrate 35 is guided by the waveguide optical wiring 25 having a waveguide structure provided with the optical deflection element 26 different from the light emitting element module 1. It can be optically coupled to the light receiving element module 2 of another multichip module 32 and transmitted between the multichip modules 31 and 32.
[0134]
Further, the waveguide optical wiring 25 having a waveguide structure provided with the optical deflecting element 26 may be configured to penetrate the photoelectric composite substrate 35, and the optical wiring may be provided below the photoelectric composite substrate 35. . Thereby, the upper side of the optoelectric composite substrate 35 can be separated vertically from the electrical mounting part and the lower side from the optical wiring part, and the optical wiring can be provided after the electrical mounting process by reflow. Therefore, it is possible to realize an inexpensive waveguide optical wiring with low loss.
[0135]
A tenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The present embodiment relates to a method for manufacturing the optical wiring described above. FIGS. 12A and 12B show low elasticity in which a waveguide type optical coupling element is formed between the light emitting element module 1 which is a light emitting side element and the lens 3 which is a part of the light incident side element 14. The process of providing the liquid material 41 used as the precursor material of a body material is shown. The liquid material 41 is stored in the dispenser 42, and the tip of the dispenser 42 is disposed or closely adhered to the vicinity of the glass window 8 of the light emitting element module 1 (FIG. 12A), and the liquid material 41 in the dispenser 42 is dropped. Then, the dispenser 42 is moved in the direction of the lens 3, and finally, the tip of the dispenser 42 moved in the direction of the lens 3 is disposed or brought into close contact with the lens 3 (FIG. 12B). Thereby, the liquid material 41 adhering to the glass window 8 in the first stage extends toward the lens 3 due to its own viscosity and surface tension as the dispenser 42 moves, and between the glass window 8 and the lens 3. A crosslinked structure is formed.
[0136]
Thereafter, the liquid material 41 having a crosslinked structure is irradiated with ultraviolet rays by an ultraviolet lamp 43 (FIG. 12C). By irradiation with the ultraviolet rays, the liquid material 41 is chemically changed to a low-elastic rubber state, and the waveguide type optical coupling element 4 is formed (FIG. 12D).
[0137]
As a result of this chemical change, it is not necessary to be in a rubber state, it may be in a gel state, and can be realized by mixing a monomer material having acrylate or methacrylate and a photoinitiator in the liquid material 41. A thermal polymerization initiator may be used. Further, as the liquid material 41, a physical gel that is in a sol state at a high temperature and a gel state at a low temperature, or a material that gels due to a change in the concentration of a solvent or contained ions may be used. Further, a siloxane material, an epoxy material, or an ethylene oxide material using a catalyst can be used.
[0138]
Further, this cross-linking structure can be adjusted not only by the material composition of the liquid material 41 but also by the viscosity, the dropping amount, the dropping moving speed, the interface characteristics of the glass window 8 and the lens 3 of the light emitting element module 1 and the viscosity, and has an appropriate configuration A cross-linked structure can be realized.
[0139]
An eleventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The present embodiment relates to a method for manufacturing the optical wiring described above. 13 (a) to 13 (d) of the manufacturing method of the present embodiment are the same as FIGS. 12 (a) to 12 (d) of the tenth embodiment, and the waveguide formed thereafter. The type optical coupling element 4 is made highly elastic by performing a thermosetting treatment (FIG. 13E). By applying this high elasticity treatment, the mechanical strength and reliability of the waveguide type optical coupling element 4 are improved.
[0140]
A twelfth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The present embodiment relates to a method for manufacturing the optical wiring described above. FIGS. 14A to 14D of the manufacturing method of the present embodiment are the same as FIGS. 12A to 12D of the tenth embodiment, and then the formed waveguide. A coating layer 15 is formed from a highly elastic material around the optical coupling element 4 (FIG. 14E). This coating layer 15 is the same as the coating layer 15 described in the second embodiment (see FIG. 4). The coating layer 15 is formed by performing hydrophilic silane coupling on the formed waveguide type optical coupling element 4 with steam, and thereafter dropping a hydrophilic material onto the waveguide type optical coupling element 4. By doing so, the coating layer 15 which covers the waveguide type optical coupling element 4 can be formed with a film thickness corresponding to the viscosity of the hydrophilic material. This hydrophilic material contains an acrylate monomer in advance, and the formed coating layer 15 is gelled and rubberized to make it a hard material, so that it has relatively high elasticity relative to the inner low-elasticity material. It can be coated with a certain material.
[0141]
A thirteenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The present embodiment relates to a method for manufacturing the optical wiring 4 described above. FIG. 15A shows a process in which a hydrophilic coating film 51 is applied to the glass window 8 and the lens 3 which are locations where the waveguide type optical coupling element is optically coupled. The portions other than the portion where the hydrophilic coating film 51 is applied are previously hydrophobized with a silane coupling agent. Thereafter, the liquid material 41 serving as a precursor of the low-elastic material forming the waveguide type optical coupling element is dropped excessively by a dispenser (see FIG. 12). In the operation of dropping the liquid material 41, the liquid material 41 is first attached to the glass window 8 or the lens 3, and then the liquid material 41 is slowly dropped, whereby the dropped liquid material 41 has its own stickiness and surface tension. As a result, it gradually expands and eventually reaches the lens 3 or the glass window 8, and a cross-linking structure made of a large amount of the liquid material 41 is formed between the glass window 8 and the lens 3 (FIG. 15B). Thereafter, the whole or a light emitting element module 1 or the lens 3 is vibrated by an ultrasonic vibrator (not shown) to excite the fluid motion of the liquid material 41 and drop the excess of the liquid material 41. As a result, the remaining liquid material 41 has a cross-linked structure in which the central portion is thinned by its surface tension (FIG. 15C). Thereafter, the liquid material 41 having a crosslinked structure is irradiated with ultraviolet rays to reduce the liquid material 41 to form the waveguide type optical coupling element 4 (FIG. 15D).
[0142]
According to this manufacturing method, it is not necessary to move the dispenser between the glass window 8 and the lens 3, and the operation is simplified. Moreover, the waveguide type optical coupling element 4 can also be produced in a narrow gap where a dispenser cannot be inserted. As a method of exciting the fluid motion in the liquid material 41, it is effective to use a fan blower, a motor vibration device, or the like in addition to the ultrasonic vibrator.
[0143]
A fourteenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This embodiment relates to a method for manufacturing the above-described optical wiring. FIG. 16A shows a process in which a hydrophilic coating film 51 is applied to the glass window 8 and the lens 3 that are locations where the waveguide type optical coupling element is optically coupled. The portions other than the portion where the hydrophilic coating film 51 is applied are previously hydrophobized with a silane coupling agent. Further, the light emitting element module 1 and the lens 3 are arranged so as to have a short gap with respect to the optimum gap. Thereafter, an appropriate amount of a liquid material 41, which is a precursor of the low-elasticity material forming the waveguide type optical coupling element, is dropped by a dispenser (see FIG. 12), and the same process as in FIG. Then, a crosslinked structure made of a large amount of the liquid material 41 is formed between the glass window 8 and the lens 3 (FIG. 16B). After that, one of the light emitting element module 1 and the lens 3 is displaced in the separation direction by a piezo displacement machine (not shown) to obtain an appropriate gap. As a result, the liquid material 41 has a cross-linked structure in which the central portion is thinned by its surface tension (FIG. 16C). Thereafter, the liquid material 41 having a cross-linked structure is irradiated with ultraviolet rays to reduce the liquid material 41 to form the waveguide type optical coupling element 4 (FIG. 16D).
[0144]
When the light emitting element module 1 and the lens 3 are displaced, self-alignment by solder bumps may be used.
[0145]
【The invention's effect】
According to the waveguide type optical coupling element of the first aspect of the present invention, even when the optical axis of the light emitting side element and the optical axis of the light incident side element are shifted, the waveguide type optical coupling element is a low elastic material. Therefore, it is possible to deform according to the deviation, and high-precision alignment is not required when optically coupling the light emitting side element and the light incident side element, and the cost for optical coupling is eliminated. Can be reduced.
[0161]
Claim2According to the described invention, the claims1In the mounted waveguide type optical coupling element, since the coating layer made of a highly elastic material is provided in the periphery, the mechanical strength and reliability of the waveguide type optical coupling element can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing an optical wiring according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory view for explaining the action of spontaneously deflecting the optical axis of the waveguide type optical coupling element itself.
FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating a comparative example in which a waveguide type optical coupling element is omitted from an optical wiring.
FIG. 4 is a schematic diagram showing an optical wiring according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a schematic view showing an optical wiring according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a schematic diagram showing an optical wiring according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a schematic diagram showing an optical wiring according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a schematic diagram showing an optical wiring according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a schematic view showing an optical wiring according to a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a schematic diagram showing an optical wiring according to an eighth embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a schematic diagram showing an optical wiring according to a ninth embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a schematic view showing the method of manufacturing the optical wiring according to the tenth embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a schematic view showing a method of manufacturing an optical wiring according to the eleventh embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a schematic view showing the method of manufacturing the optical wiring in the twelfth embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a schematic view showing the method of manufacturing the optical wiring in the thirteenth embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a schematic view showing a method of manufacturing an optical wiring according to a fourteenth embodiment of the present invention.
FIG. 17 is a cross-sectional view showing an example of a conventional optical wiring.
[Explanation of symbols]
1 Output side element
4 Waveguide type optical coupling element
4a, 4b Contact fixing part
14 Acquisition side element
15 Coating layer
16 Waveguide type optical coupling element
17 Waveguide optical wiring
18 Waveguide optical wiring
20 Incident side element
21 Output side element
22 Waveguide optical wiring
26 Light deflection element
35 substrates
36a, 36b Electrical wiring
41 Liquid material

Claims

In a waveguide type optical coupling device using a waveguide composed of a core and a clad that optically couples a light emitting side device that emits light and a light incident side device that enters light, the waveguide type optical coupling device has an elastic constant. A waveguide-type optical coupling element that is made of a low-elasticity material that is 10 ² dyn / cm ³ or more and 10 ⁸ dyn / cm ³ or less and that can be self-supported in the state of the low-elasticity material.

The waveguide type optical coupling element according to claim 1, wherein a coating layer made of a high elastic material that is relatively highly elastic with respect to the low elastic material is provided around.