JP5206592B2 - 光モジュール及び光導波路構造体 - Google Patents

Description

本発明は、例えば光通信などに用いる光モジュール及び光導波路構造体に関する。

近年、例えば面発光レーザ（発光素子）やフォトダイオード（フォトディテクタ；受光素子）などの面型光素子を備える多チャンネル光トランシーバ（例えば波長多重多チャンネル光トランシーバ）の開発が進められている。
例えば多チャンネル光トランシーバなどの光モジュールにおいて、面発光レーザやフォトダイオードなどの面型光素子を使用する場合、面型光素子の光入射面（受光面）又は光出射面（発光面）は実装基板に対して平行になる。このため、実装基板に対して垂直に光を入射又は出射させることになる。

一方、このような光モジュールにおいては、小型化、薄型化を図ることが必要である。
小型化、薄型化を図るためには、光ファイバ（光ファイバアレイ）を実装基板に対して平行に配置するのが望ましい。この場合、光ファイバの端面と面型光素子の光入射面又は光出射面とは略直角の位置関係になる。
このため、基板上に実装された面型光素子の光入射面又は光出射面に対して垂直に入射又は出射する光の経路（光路）を略９０度曲げて、光ファイバアレイと面型光素子とを光学的に接続することが必要になる。

そこで、例えば光トランシーバなどの装置内の狭いスペースで光の経路を急峻に曲げるために、略直角の曲面上に光導波路（曲線光導波路）を有する光導波路構造体を用い、面型光素子に対して入射又は出射する光を、曲面に沿って導いて、光ファイバアレイに結合させる技術がある（第１の技術）。
このような光導波路構造体は、曲面上に予め形成した細溝内に、液状コア材料を滴下し、その上にフィルムを貼り付け、シリコンゴムのような柔らかい素材を用いて一定の圧力で押さえ付けることによって液状コア材料を薄く延ばし、紫外線照射によって硬化させることによって製造される。

また、光導波路構造体の表裏両面に曲線光導波路を設け、一面側の曲線光導波路によって受光素子と光ファイバとを接続し、他面側の曲線光導波路によって発光素子と光ファイバとを接続するようにした技術もある（第２の技術）。
また、一本の光ファイバでの双方向通信を可能にするものとして、一本の光ファイバのコア領域に対向する位置に、発光素子に接続される送信光用直線導波路と、受光素子に接続される受信光用直線導波路とを別々に設ける技術もある（第３の技術）。

特開２００５−１１５３４６号公報 特開２００６−９１６８４号公報 特開平１１−３０８１７９号公報

ところで、上述の第１の技術においてチャンネル数を増やして多チャンネル化を図る場合、例えば上述の第２の技術のように、光導波路構造体の表裏両面に曲線光導波路を設けることが考えられる。
しかしながら、上述の第２の技術のように、光導波路構造体の表裏両面に曲線光導波路を設ける場合、チャンネル数の増加にしたがって、光ファイバの本数が増え、光ファイバの配線スペースが増大してしまうことになる。なお、この点は、平面上に曲線光導波路を有する光導波路構造体においても同様である。

この場合、上述の第３の技術のように、一本の光ファイバで双方向通信を行なうようにすることが考えられる。
しかしながら、上述の第３の技術では、一本の光ファイバのコア領域に対向する位置に送信光用直線導波路と受信光用直線導波路とを別々に設けているため、光ファイバからの光が受信光用導波路に結合せずに漏れてしまい、損失が大きい。

そこで、光導波路構造体に接続される光ファイバの本数を増やすことなく、チャンネル数を増加させるために双方向通信を行なうようにし、この場合に、一本の光ファイバと受光素子及び発光素子とを光学的に接続する際の損失を低減したい。

このため、本光モジュールは、光ファイバと受光素子及び発光素子とを光学的に接続する曲線光導波路を有する光導波路構造体を備え、曲線光導波路は、受光素子及び発光素子に接続される側の端面へ向けて幅又は厚さがテーパ状に大きくなる導波路コアを有し、導波路コアの外側部分に光学的に接続された受光素子と、導波路コアの内側部分に光学的に接続された発光素子とを備えることを要件とする。

本光導波路構造体は、光ファイバと受光素子及び発光素子とを光学的に接続する曲線光導波路を備え、曲線光導波路は、受光素子及び発光素子に接続される側の端面へ向けて幅又は厚さがテーパ状に大きくなる導波路コアを有し、導波路コアの外側部分から出射される光を受光素子へ導く第１レンズ又は第１ミラーと、発光素子から出射される光を導波路コアの内側部分へ導く第２レンズ又は第２ミラーとを備えることを要件とする。

したがって、本光モジュール及び光導波路構造体によれば、双方向通信を行なうため、光導波路構造体に接続される光ファイバの本数を増やすことなく、チャンネル数を増加させることができるという利点がある。また、双方向通信を行なう場合に、一本の光ファイバと受光素子及び発光素子とを光学的に接続する際の損失を低減することができるという利点もある。

第１実施形態にかかる光モジュール及び光導波路構造体の構成を示す模式的断面図である。 第１実施形態にかかる光モジュール及び光導波路構造体の第１変形例の構成を示す模式的断面図である。 第１実施形態にかかる光モジュール及び光導波路構造体の第２変形例の構成を示す模式的断面図である。 第１実施形態にかかる光モジュール及び光導波路構造体の第３変形例の構成を示す模式的断面図である。 第１実施形態にかかる光モジュール及び光導波路構造体の第４変形例の構成を示す模式的斜視図である。 第２実施形態にかかる光モジュール及び光導波路構造体の構成を示す模式的斜視図である。 第２実施形態にかかる光導波路構造体の具体的な構成例を示す模式図である。 第２実施形態にかかる光モジュールの変形例の構成を示す模式的斜視図である。 実施例１にかかる光導波路構造体のサンプルの構成を示す模式的断面図である。 実施例１にかかる光導波路構造体のサンプルの作製方法を説明するための模式的断面図である。 実施例２にかかる光導波路構造体のサンプルの構成を示す模式的断面図である。

以下、図面により、本実施形態にかかる光モジュール及び光導波路構造体について説明する。
［第１実施形態］
第１実施形態にかかる光モジュール及び光導波路構造体について、図１を参照しながら説明する。

本実施形態にかかる光モジュールは、例えば、入力された電気信号を光信号に変換し、光ファイバを介して送信する機能（光送信機）と、光ファイバを介して入力された光信号を電気信号に変換して受信する機能（光受信機）とを備える光トランシーバである。
本光モジュールは、図１に示すように、表面に入射面（受光面）を有する面型受光素子（面型光素子）１と、表面に出射面（発光面）を有する面型発光素子（面型光素子）２と、光の経路を急峻に曲げるために曲面上に光導波路（曲線光導波路）３を有する光導波路構造体４とを備える。つまり、これらの面型受光素子１、面型発光素子２、光導波路構造体３を、図示しないプリント基板（回路基板）上に実装することで、光モジュール５が形成される。

なお、図１では、一の光モジュール５（面型受光素子１、面型発光素子２、光導波路構造体４を含む）と、他の光モジュール５Ａ（面型受光素子１、面型発光素子２、光導波路構造体４を含む）とを、光ファイバ１０によって接続した光通信システムを示している。
ここで、面型受光素子１は、フォトダイオード（フォトディテクタ；ＰＤ；Photo detector）である。

面型発光素子２は、面発光レーザ［ＶＣＳＥＬ（Vertical-Cavity Surface−Emitting Laser）］である。
光導波路構造体４は、曲線状の導波路コア６内を光が伝播するように形成された曲線光導波路部品（例えばポリマを主材料とするポリマ光導波路）である。
ここでは、光導波路構造体４は、図１に示すように、曲面上に形成された溝７を有するクラッド構造体８（下部クラッド）と、溝７に形成された導波路コア６と、導波路コア６を覆うクラッドフィルム９（上部クラッド）とを有する。

具体的には、クラッド構造体８は、図１に示すように、構造体表面の曲面上に、曲面の一端から他端まで延びる溝７（曲線状の溝；導波路用溝；細溝）を有する曲面構造体である。
ここでは、クラッド構造体８は、透明なクラッド材料からなる透明部材によって形成された透明構造体であって、屈折率ｎ１を有する。例えばオレフィン系ポリマ（例えばポリオレフィン）を用いたモールド成型体（樹脂成型体）である。

導波路コア６は、図１に示すように、クラッド構造体８の曲面表層部に形成された溝７を透明なコア材料で埋め込むことによって形成されている。このため、導波路コア６は、クラッド構造体８の曲面に沿って曲線状に形成されている。この導波路コア６は、クラッド構造体８の屈折率ｎ１よりも大きい屈折率ｎ２を有する（ｎ２＞ｎ１）。なお、本実施形態では、導波路コア６を、液状コア材料（液状接着剤）を塗布し、硬化させて形成しているため、硬化後の屈折率がｎ２になる材料（屈折率がｎ２の透明固体）を用いる。

クラッドフィルム９は、図１に示すように、クラッド構造体８の曲面上の溝７に形成された導波路コア６を覆うようにラミネートされている。このクラッドフィルム９は、導波路コア６の屈折率ｎ２よりも小さい屈折率ｎ３を有する（ｎ３＜ｎ２）。
特に、本実施形態では、図１に示すように、曲線光導波路３の導波路コア６は、面型受光素子１及び面型発光素子２に接続される側の端面６Ａへ向けて厚さがテーパ状に厚くなっている。

具体的には、曲線光導波路３の導波路コア６は、面型受光素子１及び面型発光素子２に接続される側の端面６Ａへ向けて厚さがテーパ状に厚くなる第１領域（直線状領域）と、第１領域に連なり、幅及び厚さが一定の第２領域（円弧状領域）とを備える。なお、ここでは、クラッド構造体８に形成された溝７をコア材料によって埋め込むことによって、導波路コア６が形成される。このため、第１領域では、面型受光素子１及び面型発光素子２に接続される側の端面６Ａへ向けて溝７の深さがテーパ状に深くなっている。また、第２領域では、溝７の幅及び深さが一定になっている。

また、本実施形態では、図１に示すように、曲線光導波路３の導波路コア６は、面型受光素子１及び面型発光素子２に接続される側の端面６Ａが角度の異なる２つの面６ａ，６ｂからなる。つまり、曲線光導波路３の導波路コア６の外側部分の端面を第１角度で傾斜する第１傾斜面６ａとし、この第１傾斜面６ａによって曲線光導波路３の導波路コア６の外側部分に分布して導かれてきた光が受光素子１へ向けて出射するようにしている。一方、曲線光導波路３の導波路コア６の内側部分の端面を第２角度で傾斜する第２傾斜面６ｂとし、この第２傾斜面６ｂによって発光素子２からの光が導波路コア６の内側部分に入射（光結合）するようにしている。なお、導波路コア６の外側部分とは、導波路コア６の円弧状部分の径方向の外側部分及びこれに連なる部分をいい、導波路コア６の内側部分とは、導波路コア６の円弧状部分の径方向の内側部分及びこれに連なる部分をいう。

また、本実施形態では、光導波路構造体４は、曲線光導波路３の導波路コア６の第１領域の外側部分から出射される光を面型受光素子１へ導く第１レンズ１１と、面型発光素子２から出射される光を曲線光導波路３の導波路コア６の第１領域の内側部分へ導く第２レンズ１２とを備える。ここでは、曲線光導波路３の導波路コア６の第１領域の外側部分と面型受光素子１との間に第１レンズ１１が設けられており、曲線光導波路３の導波路コア６の第１領域の内側部分と面型発光素子２との間に第２レンズ１２が設けられている。また、第１レンズ１１と第２レンズ１２とは、曲線光導波路３の導波路コア６の厚さ方向に並ぶように形成されている。また、第１レンズ１１及び第２レンズ１２は、光導波路構造体４に一体成形されている。

また、本実施形態では、曲線光導波路３の導波路コア６の第１領域の外側部分に、面型受光素子１が光学的に接続されている。また、曲線光導波路３の導波路コア６の第１領域の内側部分に、面型発光素子２が光学的に接続されている。ここでは、面型受光素子１と面型発光素子２とは、曲線光導波路３の導波路コア６の厚さ方向（溝７の深さ方向）に並ぶように、図示しない基板上に配置されている。

つまり、本実施形態では、光導波路構造体４に備えられる一つの曲線光導波路３の一の端面（図１中、下側の端面）には、一つの面型受光素子１及び一つの面型発光素子２が第１レンズ１１及び第２レンズ１２を介して光学的に接続されている。また、この一の端面に直交する他の端面（図１中、左側の光導波路構造体４の右側の端面、右側の光導波路構造体４の左側の端面）には、一本の光ファイバ１０が第３レンズ１３を介して光学的に接続されている。このようにして、一つの曲線光導波路３によって、一本の光ファイバ１０と一つの受光素子１及び一つの発光素子２とが光学的に接続されている。

このため、面型発光素子２から出射された光は、曲線光導波路３を導かれ、光ファイバ１０に結合するとともに、光ファイバ１０から入射された光も、同一の曲線光導波路３を導かれ、面型受光素子１に結合することになる。つまり、曲線光導波路３は、光ファイバ１０と受光素子１とを接続する受信側光導波路（受信チャネル）として機能するとともに、光ファイバ１０と発光素子２とを接続する送信側光導波路（送信チャネル）としても機能する。

このように、本実施形態では、一つの曲線光導波路３及び一本の光ファイバ１０によって双方向通信が可能になっている。これにより、光導波路構造体４に接続される光ファイバ１０の本数を増やすことなく、チャンネル数を実質２倍に増加させることができ、配線スペースの減少につながる。また、上述のように構成されているため、双方向通信を行なう場合に、一本の光ファイバ１０と一つの受光素子１及び一つの発光素子２とを光学的に接続する際の損失を低減することができる。

上述のような構成によって、双方向通信が可能となり、損失を低減できるのは、以下の理由による。
まず、一本の光ファイバ１０と一つの受光素子１及び一つの発光素子２とを曲線光導波路３によって光接続しているため、曲線光導波路３の曲線部分で光ファイバ１０からの光が曲線外側（１／４円弧の径方向の外側）に分布することになる。このため、曲線光導波路３の導波路コア６の外側部分に対向（相対）する位置に受光素子１を配置し、導波路コア６の内側部分に対向（相対）する位置に発光素子２を配置している。このように、曲線光導波路３では曲げ部分で光が外側に寄りやすいという現象を考慮して、曲線光導波路３の導波路コア６の外側部分の延長線上の位置に受光素子１を配置し、導波路コア６の内側部分の延長線上の位置に発光素子２を配置している。これにより、曲線光導波路３の導波路コア６の外側部分に分布している光を低損失で受光素子１によって受光できるようにしている。

また、受光素子１と発光素子２の並び方向へ向けて曲線光導波路３の導波路コア６の端部（受光素子１及び発光素子２側の端部；末端）が広げられている。これにより、曲線光導波路３の導波路コア６の外側部分から出射される光を受光素子１によって低損失で受光できるようにするとともに、発光素子２からの光を曲線光導波路３の導波路コア６の内側部分に低損失で入射させることができるようにしている。また、曲線光導波路３の導波路コア６の外側部分に分布し、曲線光導波路３から出射される光が、曲線光導波路３の導波路コア６の厚さ方向に並ぶように配置された発光素子２側へ漏れるのを防ぐようにしている。

また、曲線光導波路３の導波路コア６の面型受光素子１及び面型発光素子２に接続される側の端面６Ａが角度の異なる２つの面６ａ，６ｂからなる。つまり、曲線光導波路３の導波路コア６の外側部分の第１傾斜面６ａによって曲線光導波路３の導波路コア６の外側部分に導かれてきた光が受光素子１へ向けて出射するようにし、曲線光導波路３の導波路コア６の内側部分の第２傾斜面６ｂによって発光素子２からの光が導波路コア６の内側部分に入射するようにしている。これにより、曲線光導波路３の導波路コア６の外側部分に分布し、曲線光導波路３から出射される光が、曲線光導波路３の導波路コア６の厚さ方向に並ぶように配置された発光素子２側へ漏れるのを防ぐようにしている。

このようにして、曲線光導波路３の光線分離機能（曲線部分で発光素子２からの光と光ファイバ１０からの光とが分離される機能）を利用して、単一の光導波路３及び単一の光ファイバ１０を用いた双方向通信を可能としている。
したがって、本実施形態にかかる光導波路構造体及び光モジュールによれば、双方向通信を行なうため、光導波路構造体４に接続される光ファイバ１０の本数を増やすことなく、チャンネル数を増加させることができるという利点がある。また、双方向通信を行なう場合に、一本の光ファイバ１０と受光素子１及び発光素子２とを光学的に接続する際の損失を低減することができるという利点もある。

なお、本発明は、上述した第１実施形態に記載した構成に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。
例えば、上述の第１実施形態では、曲線光導波路３の導波路コア６は、面型受光素子１及び面型発光素子２に接続される側の端面６Ａが角度の異なる２つの面６ａ，６ｂからなるものとしているが、これに限られるものではない。例えば図２に示すように、曲線光導波路３の導波路コア６は、面型受光素子１及び面型発光素子２に接続される側の端面６Ｂが平面（垂直面）であっても良い。なお、図２では、上述の第１実施形態のもの（図１参照）と同一のものには同一の符号を付している。

また、上述の第１実施形態では、光導波路構造体４の一の端面に対向する位置に受光素子１と発光素子２とを並べて配置しているが、これに限られるものではない。
例えば図３、図４に示すように、光導波路構造体４の一の端面（図３、図４中、下側の端面）に対向する位置に発光素子２を配置し、他の端面（図３、図４中、左側の光導波路構造体４の左側の端面、右側の光導波路構造体４の右側の端面）に対向する位置に受光素子１を配置するようにしても良い。

この場合、例えば図３に示すように、曲線光導波路３の導波路コア６の端面６Ｃの外側部分である第１傾斜面６ｄの角度を、曲線光導波路３の導波路コア６の外側部分を導かれてきた光を全反射するような角度にすれば良い。この場合、上述の第１実施形態の場合よりも発光素子２の配置の制約が少なくなるため、曲線光導波路３の導波路コア６の端面６Ｃの内側部分である第２傾斜面６ｅの角度の制約も少なくなる。

また、例えば図４に示すように、曲線光導波路３の導波路コア６の端面６Ｄの外側部分である第１傾斜面６ｆの角度と、第１傾斜面６ｆを挟んで両側の屈折率差［コアの屈折率ｎ_１とクラッドの屈折率ｎ_２（ｎ_１＞ｎ_２）との間の屈折率差］とを、曲線光導波路３の導波路コア６の外側部分を導かれてきた光を全反射するように設定しても良い。この場合、上述の第１実施形態の場合よりも発光素子２の配置の制約が少なくなるため、曲線光導波路３の導波路コア６の端面６Ｄの内側部分である第２傾斜面６ｇの角度の制約も少なくなる。

また、例えば図３、図４に示すように、曲線光導波路３の導波路コア６の外側部分と面型受光素子１との間に設けられる第１レンズ１１は、光導波路構造体４の他の端面（図３、図４中、左側の光導波路構造体４の左側の端面、右側の光導波路構造体４の右側の端面）に設けられる。一方、曲線光導波路３の導波路コア６の内側部分と面型発光素子２との間に設けられる第２レンズ１２は、光導波路構造体４の一の端面（図３、図４中、下側の端面）に設けられる。

これにより、曲線光導波路３の導波路コア６の端面６Ｃ，６Ｄの外側部分である第１傾斜面６ｄ，６ｆによって、曲線光導波路３の導波路コア６の外側部分に分布して導かれてきた光が全反射される。そして、光導波路構造体４の他の端面（図３、図４中、左側の光導波路構造体４の左側の端面、右側の光導波路構造体４の右側の端面）に設けられた第１レンズ１１を介して、他の端面に対向する位置に配置された受光素子１へ向けて出射されることになる。

また、上述の実施形態では、光導波路構造体４を一つの曲線光導波路３を備えるものとし、一つの曲線光導波路３によって一本の光ファイバ１０と一つの受光素子１及び一つの発光素子２とを光学的に接続して双方向通信を行なう場合を例に挙げて説明しているが、これに限られるものではない。
例えば図５に示すように、複数の曲線光導波路３及び複数の光ファイバ１０を用い、各曲線光導波路３及び各光ファイバ１０によって双方向通信を行なうようにすることで、多チャンネル化を実現することもできる。

この場合、複数の曲線光導波路３を備える光導波路構造体４Ａ、複数の光ファイバ１０を備える光ファイバアレイ１０Ａ、複数の受光素子１を備える受光素子アレイ（アレイ状受光素子）１Ａ、複数の発光素子２を備える発光素子アレイ（アレイ状発光素子）２Ａを用いることになる。
具体的には、以下のように構成すれば良い。

例えば図５に示すように、光モジュール５Ｘは、曲面上に複数（ここでは４つ）の曲線光導波路３を有する光導波路構造体４Ａと、面型受光素子アレイ１Ａと、面型発光素子アレイ２Ａとを備える多チャンネル光トランシーバである。
ここで、面型受光素子アレイ１Ａは、表面に受光面を有する複数（ここでは４つ）の面型受光素子１を含む。ここでは、面型受光素子アレイ１Ａは、複数のフォトダイオード１を備えるＰＤアレイチップである。

面型発光素子アレイ２Ａは、表面に出射面を有する複数（ここでは４つ）の面型発光素子２を含む。ここでは、複数の面発光レーザ２を備えるＶＣＳＥＬアレイチップである。
光導波路構造体４Ａは、溝、導波路コア、曲線光導波路、レンズを複数備える点を除いて、上述の第１実施形態又は変形例（例えば図１〜図４参照）と同様である。つまり、光導波路構造体４Ａは、曲面上に形成され、複数の溝７を備えるクラッド構造体（下部クラッド）８と、各溝７に形成された導波路コア６と、複数の導波路コア６を覆うクラッドフィルム（上部クラッド）９とを備えるものとする。

ここで、クラッド構造体８は、構造体表面の曲面上に、曲面の一端から他端まで延び、並列に設けられた複数の溝７を有する曲面構造体として構成される。
複数の導波路コア６は、クラッド構造体８の曲面表層部に形成された各溝７を透明なコア材料で埋め込むことによって形成される。
クラッドフィルム９は、クラッド構造体８の曲面上の各溝７に形成された導波路コア６を覆うようにラミネートされている。

この場合、光導波路構造体４Ａの各曲線光導波路３は、光ファイバアレイ１０Ａに含まれる光ファイバ１０と受光素子１とを接続する受信側光導波路（受信チャネル）として機能するとともに、光ファイバアレイ１０Ａに含まれる光ファイバ１０と発光素子２とを接続する送信側光導波路（送信チャネル）としても機能する。ここでは、双方向通信を行なう複数の曲線光導波路３が並列に設けられていることになる。

また、光導波路構造体４Ａは、上述の第１実施形態の第１レンズ１１を複数備える第１レンズアレイ１１Ａと、上述の第１実施形態の第２レンズ１２を複数備える第２レンズアレイ１２Ａと、上述の第１実施形態の第３レンズ１３を複数備える第３レンズアレイ１３Ａとを備える。つまり、光導波路構造体４Ａに備えられる複数の曲線光導波路３が並んでいる方向に沿って、複数の第１レンズ１１、複数の第２レンズ１２及び複数の第３レンズ１３のそれぞれが並べられている。

そして、光導波路構造体４Ａは、その一の端面を介してプリント基板１４上に実装され、この一の端面には、面型受光素子アレイ１Ａ及び面型発光素子アレイ２Ａが、第１レンズアレイ１１Ａ及び第２レンズアレイ１２Ａを介して光学的に接続される。つまり、光導波路構造体４Ａに備えられる複数の曲線光導波路３が並んでいる方向に沿って平行に面型受光素子アレイ１Ａ及び面型発光素子アレイ２Ａが配置され、第１レンズアレイ１１Ａ及び第２レンズアレイ１２Ａを介して光学的に接続される。また、光導波路構造体４Ａの一の端面に直交する他の端面には、同一のファイバ径を有する複数（ここでは４本）の光ファイバ１０からなる光ファイバアレイ１０Ａが、第３レンズアレイ１３Ａを介して光学的に接続される。なお、ここでは、光ファイバアレイ１０Ａはリボンファイバである。また、ここでは、光コネクタ付きの光ファイバアレイ１０Ａを用いている。

なお、その他の構成の詳細は、上述の第１実施形態又は変形例の場合（例えば図１〜図４参照）と同様である。
このように、本光導波路構造体４Ａは、双方向通信を行なう多チャンネル光トランシーバにおいて面型発光素子アレイ２Ａ及び面型受光素子アレイ１Ａを光ファイバアレイ１０Ａに接続する多チャンネル光導波路アダプタとして用いられる。
［第２実施形態］
第２実施形態にかかる光モジュール及び光導波路構造体について、図６、図７を参照しながら説明する。

本実施形態では、上述の第１実施形態（図１参照）のものに対し、曲線光導波路を備える光導波路構造体の構成、及び、複数の曲線光導波路及び複数の光ファイバを用いて双方向通信を行なうようにすることで、多チャンネル化を実現している点で異なる。
つまり、上述の第１実施形態では、曲面上に形成された曲線光導波路を持つ光導波路構造体（光導波路が形成される平面が、光導波路の進行方向に沿った曲面となっているもの）を用いている。

また、上述の第１実施形態では、光導波路構造体を一つの曲線光導波路を備えるものとし、一つの曲線光導波路によって一本の光ファイバと一つの受光素子及び一つの発光素子とを光学的に接続して双方向通信を行なうようにしている。
これに対し、本実施形態では、図６に示すように、平面上に形成された曲線光導波路（曲げ導波路）２１を持つ光導波路構造体２０を用いている。なお、図６では、上述の第１実施形態及び変形例（例えば図１、図５参照）と同一のものには同一の符号を付している。

特に、本実施形態では、図６に示すように、光導波路構造体２０を複数（ここでは４つ）の曲線光導波路２１を備えるものとし、各曲線光導波路２１の導波路コア２４を、面型受光素子１及び面型発光素子２に接続される側の端面２４Ａへ向けて幅がテーパ状に広くなるようにしている。
また、本実施形態では、曲線光導波路２１の導波路コア２４の外側部分に対して、内側部分の長さを長くしている。つまり、曲線光導波路２１の導波路コア２４は、面型受光素子１及び面型発光素子２に接続される側の端面２４Ａへ向けて幅がテーパ状に広くなる第１領域（円弧状領域）と、第１領域の内側部分に連なり、幅及び厚さが一定の第２領域（直線状領域）とを備える。

このように、曲線光導波路２１の導波路コア２４の受光素子１及び発光素子２に接続される側の端面位置が、導波路コア２４の外側部分と内側部分とでずらされている。
これは、光導波路構造体２０に光学的に接続される受光素子アレイ１Ａ及び発光素子アレイ２Ａの設置スペースを確保するためである。
なお、導波路コア２４の外側部分とは、導波路コア２４の円弧状部分の径方向の外側部分をいい、導波路コア２４の内側部分とは、導波路コア２４の円弧状部分の径方向の内側部分をいう。

また、本実施形態では、光導波路構造体２０は、曲線光導波路２１の導波路コア２４の受光素子１及び発光素子２に接続される側の端面２４Ａにミラー２６Ａ，２６Ｂを備える。ここでは、導波路コア２４の端面２４Ａを４５度にカットしてミラー（４５度カットミラー）２６Ａ，２６Ｂを形成している。
具体的には、光導波路構造体２０は、曲線光導波路２１の導波路コア２４の端面２４Ａの外側部分２４ａに第１ミラー２６Ａを備え、曲線光導波路２１の導波路コア２４の端面２４Ａの内側部分２４ｂに第２ミラー２６Ｂを備える。この場合、第１ミラー２６Ａと第２ミラー２６Ｂとは、曲線光導波路２１の導波路コア２４の幅方向にずらされた位置に形成されることになる。

このように、光導波路構造体２０は、曲線光導波路２１の導波路コア２４の外側部分を導かれた光を面型受光素子１へ導く第１ミラー２６Ａと、面型発光素子２から出射される光を曲線光導波路２１の導波路コア２４の内側部分へ導く第２ミラー２６Ｂとを備える。つまり、光導波路構造体２０は、曲線光導波路２１の導波路コア２４の端面２４Ａの外側部分２４ａと面型受光素子１との間に第１ミラー２６Ａが設けられている。また、曲線光導波路２１の導波路コア２４の端面２４Ａの内側部分２４ｂと面型発光素子２との間に第２ミラー２６Ｂが設けられている。

具体的には、光導波路構造体２０は、例えば図７に示すように、平面基板（平板の表面）上に形成され、複数の曲線状の溝２２を備えるクラッド構造体２３と、各溝２２に形成された導波路コア２４と、複数の導波路コア２４を覆うクラッドフィルム２５とを備えるものとすれば良い。なお、図７では、説明の便宜上、ミラーを図示していない。
ここで、クラッド構造体２３は、構造体表面の平面上に、複数の曲線状の溝２２（導波路用溝；細溝）を有する平面構造体である。

導波路コア２４は、クラッド構造体２３の平面表層部に形成された曲線状の溝２２にコア材料（コア樹脂）を充填することによって形成される。このため、導波路コア２４は、クラッド構造体２３の表面に沿って曲線状に形成される。つまり、曲線光導波路２１は、平面上に形成された導波路コア２４を有する。
クラッドフィルム２５は、クラッド構造体２３の平面上の溝２２に形成された導波路コア２４を覆うようにラミネートされている。

ところで、本実施形態では、図６に示すように、光導波路構造体２０の複数の曲線光導波路２１のそれぞれによって、光ファイバ１０と受光素子１及び発光素子２とを光学的に接続して双方向通信を行なうようにしている。
この場合、上述の複数の曲線光導波路２１を備える光導波路構造体２０のほかに、複数の光ファイバ１０を備える光ファイバアレイ１０Ａ、複数の受光素子１を備える受光素子アレイ１Ａ、複数の発光素子２を備える発光素子アレイ２Ａを用いることになる。

この場合、光モジュール３０は、図６に示すように、平面上に複数の曲線光導波路２１を有する光導波路構造体２０と、面型受光素子アレイ１Ａと、面型発光素子アレイ２Ａとを備える多チャンネル光トランシーバである。
ここで、面型受光素子アレイ１Ａは、表面に受光面を有する複数の面型受光素子１を含む。ここでは、面型受光素子アレイ１Ａは、複数（ここでは４つ）のフォトダイオード１を備えるＰＤアレイチップである。

面型発光素子アレイ２Ａは、表面に出射面を有する複数の面型発光素子２を含む。ここでは、面型発光素子アレイ２Ａは、複数（ここでは４つ）の面発光レーザ２を備えるＶＣＳＥＬアレイチップある。
そして、本実施形態では、複数の曲線光導波路２１の導波路コア２４の端面２４Ａの外側部分２４ａのそれぞれに、面型受光素子アレイ１Ａに含まれる複数の面型受光素子１が、それぞれ、光学的に接続されている。

また、複数の曲線光導波路２１の導波路コア２４の端面２４Ａの内側部分２４ｂのそれぞれに、面型発光素子アレイ２Ａに含まれる複数の面型発光素子２が、それぞれ、光学的に接続されている。
ここでは、光導波路構造体２０に備えられる複数の曲線光導波路２１が並んでいる方向に沿って平行に面型受光素子アレイ１Ａ及び面型発光素子アレイ２Ａが配置され、第１ミラー２６Ａ及び第２ミラー２６Ｂを介して光学的に接続される。また、面型受光素子アレイ１Ａと面型発光素子アレイ２Ａとは、曲線光導波路２１の導波路コア２４が延びる方向にずらされて配置されている。また、面型受光素子１と面型発光素子２とは、曲線光導波路２１の導波路コア２４の幅方向（溝の幅方向）にずらされて配置されている。

このように、本実施形態では、光導波路構造体２０に備えられる各曲線光導波路２１の一の端面２４Ａには、それぞれ、面型受光素子１及び面型発光素子２が第１ミラー２６Ａ及び第２ミラー２６Ｂを介して光学的に接続されている。また、各曲線光導波路２１の他の端面２４Ｂには、それぞれ、光ファイバ１０が光学的に接続されている。このようにして、同一平面上に形成された複数の曲線光導波路２１のそれぞれによって、光ファイバ１０と面型受光素子１及び面型発光素子２とが光学的に接続されている。

このため、各面型発光素子２から出射された光は、それぞれ、曲線光導波路２１を導かれ、光ファイバ１０に結合するとともに、各光ファイバ１０から入射された光も、それぞれ、同一の曲線光導波路２１を導かれ、面型受光素子１に結合することになる。つまり、各曲線光導波路２１は、光ファイバ１０と面型受光素子１とを接続する受信側光導波路（受信チャネル）として機能するとともに、光ファイバ１０と面型発光素子２とを接続する送信側光導波路（送信チャネル）としても機能する。

このように、本実施形態では、複数の曲線光導波路２１及び複数の光ファイバ１０のそれぞれによって双方向通信が可能になっている。また、ミラー２６Ａ，２６Ｂを利用して曲線光導波路２１と受光素子１及び発光素子２とを光学的に接続するようにしており、モジュール全体として低背化が可能になる。
したがって、本実施形態にかかる光導波路構造体及び光モジュールによれば、双方向通信を行なうため、光導波路構造体２０に接続される光ファイバ１０の本数を増やすことなく、チャンネル数を増加させることができるという利点がある。また、配線スペースの減少にもつながる。また、双方向通信を行なう場合に、光ファイバ１０と受光素子１及び発光素子２とを光学的に接続する際の損失を低減することができるという利点もある。

なお、本発明は、上述した第２実施形態に記載した構成に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。
例えば、上述の実施形態では、光導波路構造体２０の下方に面型受光素子１及び面型発光素子２が実装された基板を配置するようにしているが、これに限られるものではない。例えば図８に示すように、光導波路構造体２０の上方に面型受光素子１及び面型発光素子２が実装された基板２７を配置するようにしても良い。なお、図８では、上述の実施形態（図６参照）と同一のものには同一の符号を付している。

以下、実施例によって更に詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施例によって限定されるものではない。
［実施例１］
本実施例１では、図９に示すように、曲面上に曲線光導波路３を有し、曲線光導波路３の導波路コア６の端面６Ａに傾斜面６ｘを有する光導波路構造体（ポリマ光導波路）４のサンプルを作製し、送受性能、即ち、光ファイバ１０、受光素子１、発光素子２との間の損失を評価した。なお、この光導波路構造体４は、端面６Ａに傾斜面６ｘ及び平面（垂直面）６ｙの角度の異なる２つの面を有する。

本実施例１では、光導波路構造体４を射出成型（モールド成型）によって作製して用いた。
つまり、まず、導波路コア６用の溝７を形成する部分が凸状になるように薄い板を重ねて金型４０を作製した（図１０参照）。そして、この金型４０を用いて高温でクラッド用の樹脂を流し込み、冷却した後、金型４０を抜いて、導波路コア６用の凹状の溝７が形成されたクラッド構造体８を作製した（図１０参照）。流し込む樹脂材料はオレフィン樹脂とした。波長８５０ｎｍでの屈折率は１．５であった。

また、上述のように射出成型によってクラッド構造体８を作製する際に、溝７の延長線上の両端面に外向きに凸の半球面レンズ１１，１２，１３を一体形成した。ここでは、受光素子１及び発光素子２に接続される側の端面には、溝７の深さ方向に並ぶように２つの半球面レンズ１１，１２を形成した。
ここでは、導波路コア６用の溝７は、幅を５０μｍとし、受光素子１及び発光素子２に接続される側の端面６Ａへ向けて、深さが５０μｍから８０μｍへと広がるように形成し、端面６Ａに４５度傾斜面６ｘを形成した。このようにして、発光素子２からの光と光ファイバ１０からの光との光線分離を行なえるようにした。

次に、上述のようにして作製したクラッド構造体８の曲面上の溝７にコア液を滴下し、コア液が充填された溝７の上部をクラッドフィルム９で覆うことで、クラッドフィルム９によってコア液を封止し、コア液を硬化させて、導波路構造を形成した。
ここでは、コア液（ポリマ液）には、硬化後の屈折率が１．５６となる紫外線硬化型エポキシ樹脂を用いた。

クラッドフィルム９には、厚さ４０μｍのオレフィン樹脂製のフィルム（透明フィルム；オレフィンフィルム）を用いた。波長８５０ｎｍでの屈折率は１．５であった。
このようにして、曲面上に曲線光導波路３を備え、単一導波路での双方向通信可能な光導波路構造体４のサンプルを作製した。
次に、上述のようにして作製した本実施例１のサンプル４を、以下のようにして評価した。

送信性能、即ち、発光素子−光ファイバ間の光結合損失の評価は、以下のようにして行なった。
光源として波長８５０ｎｍの発光素子（面発光レーザ）２を用い、基板上に実装された面発光レーザ２の発光面（発光径１０μｍ）上に、本実施例１のサンプル４をアライメントして設置し、サンプル４を通過して反対側に出てきた光を、自動調芯したＧＩ型マルチモード光ファイバ（コア径５０μｍ）１０で受け、光パワーメータで出力を測定した。

受信性能、即ち、光ファイバ−受光素子間の光結合損失の評価は、以下のようにして行なった。
波長８５０ｎｍの外部光源からの光を、ＧＩ型マルチモード光ファイバ（コア径５０μｍ）１０を介して、本実施例１のサンプル４の光ファイバ側の端面まで導き、サンプル４を通過して反対側に出てきた光を、自動調芯したＧＩ型マルチモード光ファイバ（コア径１００μｍ）で受け、光パワーメータで出力を測定した。なお、ここでは、光結合損失を、より正確に測定するために、基板上に実装された受光素子（フォトディテクタ）１の受光面（受光径１００μｍ）と同じ直径のコアを持つ光ファイバで受けて、光パワーメータで出力を測定するようにしている。

光ファイバ１０から本実施例１のサンプル４を通過して出てきた光がどの程度発光素子２側へ漏れているかの評価も、以下のようにして行なった。
波長８５０ｎｍの外部光源からの光を、ＧＩ型マルチモード光ファイバ（コア径５０μｍ）１０を介して、本実施例１のサンプル４の光ファイバ１０側の端面まで導き、サンプル４を通過して反対側に出てきた光を、自動調芯したＧＩ型マルチモード光ファイバ（コア径１００μｍ）で受け、光パワーメータで出力を測定した。

なお、ここでは、受光素子１と発光素子２との間の距離は約２５０μｍとした。
この結果、本実施例１のサンプル４を用いた場合の発光素子−光ファイバ間の光結合損失は４．５ｄＢ程度であった。また、光ファイバ−受光素子間の光結合損失は５．０ｄＢ程度であった。また、発光素子２側への漏れ損失は８．５ｄＢ程度であった。
このように、本実施例１のサンプル４を用いることで、光ファイバ１０からの光が受光素子１側に多く結合するようになり、単一導波路３で双方向通信を行なう場合に損失を低減できることが確認できた。
［実施例２］
本実施例２では、図１１に示すように、曲面上に曲線光導波路３を有し、曲線光導波路３の導波路コア６の端面６Ｂが平面になっている光導波路構造体（ポリマ光導波路）４のサンプルを作製し、送受性能、即ち、光ファイバ、受光素子、発光素子との間の損失を評価した。

本実施例２のサンプル４は、端面に傾斜面を形成せずに、端面６Ｂを平面（垂直面）にしたことを除いて、上述の実施例１の場合と同様に作製した。
また、本実施例２のサンプル４の評価も、上述の実施例１の場合と同様に行なった。但し、受光素子１と発光素子２との間の距離は約２２０μｍとした。
この結果、本実施例２のサンプル４を用いた場合の発光素子−光ファイバ間の光結合損失は４．８ｄＢ程度であった。また、光ファイバ−受光素子間の光結合損失は４．３ｄＢ程度であった。また、発光素子２側への漏れ損失は８．３ｄＢ程度であった。

このように、本実施例２のサンプル４を用いることで、光ファイバ１０からの光が受光素子１側に多く結合するようになり、曲線光導波路３の導波路コア６の端面に傾斜面を形成せずに、端面６Ｂを平面（垂直面）にし、広げただけでも、単一導波路３で双方向通信を行なう場合に損失を低減できることが確認できた。
したがって、本実施例１、２のサンプル４を用いることで、単一光導波路３での双方向通信が可能となる。また、実装面積あたりのチャンネル数を増加させることができる。例えば双方向通信を行わないものと比較すると２倍のチャンネル数の増加が見込める。また、配線数の減少が可能となる。例えばチャンネル数が同じであれば、使用する光ファイバの本数を半分に削減することが可能となる。

１ 面型受光素子
１Ａ 面型受光素子アレイ
２ 面型発光素子
２Ａ 面型発光素子アレイ
３ 曲線光導波路
４，４Ａ 光導波路構造体
５，５Ａ，５Ｘ，３０ 光モジュール
６ 導波路コア
６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄ 端面
６ａ，６ｄ，６ｆ 第１傾斜面
６ｂ，６ｅ，６ｇ 第２傾斜面
６ｘ 傾斜面
６ｙ 平面（垂直面）
７ 溝
８ クラッド構造体
９ クラッドフィルム
１０ 光ファイバ
１０Ａ 光ファイバアレイ
１１ 第１レンズ
１１Ａ 第１レンズアレイ
１２ 第２レンズ
１２Ａ 第２レンズアレイ
１３ 第３レンズ
１３Ａ 第３レンズアレイ
１４ プリント基板
２０ 光導波路構造体
２１ 曲線光導波路
２２ 溝
２３ クラッド構造体
２４ 導波路コア
２４Ａ 端面
２４ａ 外側部分
２４ｂ 内側部分
２５ クラッドフィルム
２６Ａ 第1ミラー
２６Ｂ 第２ミラー
２７ 基板
４０ 金型

Claims (6)

1. 光ファイバと受光素子及び発光素子とを光学的に接続する曲線光導波路を有する光導波路構造体を備え、
   前記曲線光導波路は、前記受光素子及び前記発光素子に接続される側の端面へ向けて幅又は厚さがテーパ状に大きくなる導波路コアを有し、
   前記導波路コアの外側部分に光学的に接続された受光素子と、
   前記導波路コアの内側部分に光学的に接続された発光素子とを備えることを特徴とする光モジュール。
2. 光ファイバと受光素子及び発光素子とを光学的に接続する曲線光導波路を備え、
   前記曲線光導波路は、前記受光素子及び前記発光素子に接続される側の端面へ向けて幅又は厚さがテーパ状に大きくなる導波路コアを有し、
   前記導波路コアの外側部分から出射される光を前記受光素子へ導く第１レンズ又は第１ミラーと、
   前記発光素子から出射される光を前記導波路コアの内側部分へ導く第２レンズ又は第２ミラーとを備えることを特徴とする光導波路構造体。
3. 曲面上に形成された溝を有するクラッド構造体と、
   前記溝に形成された前記導波路コアと、
   前記導波路コアを覆うクラッドフィルムとによって構成され、
   前記導波路コアは、前記受光素子及び前記発光素子に接続される側の端面へ向けて厚さがテーパ状に厚くなっており、
   前記導波路コアの外側部分から出射される光を前記受光素子へ導く第１レンズと、
   前記発光素子から出射される光を前記導波路コアの内側部分へ導く第２レンズとを備えることを特徴とする、請求項２記載の光導波路構造体。
4. 前記導波路コアは、前記受光素子及び前記発光素子に接続される側の端面が角度の異なる２つの面からなることを特徴とする、請求項３記載の光導波路構造体。
5. 前記曲線光導波路は、平面上に形成された前記導波路コアを有し、
   前記導波路コアは、前記受光素子及び前記発光素子に接続される側の端面へ向けて幅がテーパ状に広くなっており、
   前記導波路コアの外側部分から出射される光を前記受光素子へ導く第１ミラーと、
   前記発光素子から出射される光を前記導波路コアの内側部分へ導く第２ミラーとを備えることを特徴とする、請求項２記載の光導波路構造体。
6. 前記導波路コアの前記受光素子及び前記発光素子に接続される側の端面位置が、前記導波路コアの外側部分と内側部分とでずらされていることを特徴とする、請求項５記載の光導波路構造体。

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