JPH01183605A - 受光デバイス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 光ファイバと受光素子とを光結合する受光デバイスに関
し、 光結合効率が高く、且つ小形の受光デバイスを提供する
ことを目的とし、 光信号を伝送する光ファイバと、該光ファイバの出射光
を受光すべく、受光面を上向きにして該光ファイバに並
行した回路基板上に実装する受光素子とを備えたデバイ
スにおいて、■　一方の端面が該光ファイバの端面に密
着し光結合して、該受光素子の上方に配設され、下側面
に、出射光を該受光面方向に反射すべく他方の端面を斜
傾端面とした帯状のコア層を有する導波路体と、該斜傾
端面に対向する該コア層の下側面に貼着される集光レン
ズとを備えた構成とする。■　一方の端面が該光ファイ
バの端面に密着し光結合して、該受光素子の上方に配設
され、下側面に該光信号を伝送する帯状のコア層を有す
る導波路体と、該コア層の所望の個所の下面に設けた、
集光グレーティングカプラとを、備えた構成とする。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、光ファイバと受光素子とを光結合する受光デ
バイスに関する。

近年は受信回路等の電気回路と受光素子とを、同一の回
路基板を設けた受光デバイスが提供されている。

この際、光伝送路と電気信号路とが直交していると、デ
バイス全体が大形化する恐れがある。よって、電気信号
路を設けた回路基板と光伝送路とを並行に設置した、所
謂平面実装形の受光デバイスが望ましい。

一方、周波数特性改善のため、受光素子の電気容量をで
きるかぎり小さくしている。このことに伴い、受光素子
の受光面が小さくなり、光結合度が低下する。

したがって、光信号が効率良（受光素子に入射するよう
な、受光デバイスが要求されている。

〔従来の技術〕

第６図は光ファイバと受光素子とを平面実装形にした従
来例の側断面図である。第６図において、５は表面に所
望の電気回路と、フォトダイオード等の受光素子ｌとを
実装した、セラミ、クス等よりなる回路基板であって、
基台６の表面に密着するように固着しである。

受光素子ｌは、上面に受光面３を設けたチップ型の素子
であって、裏面の全面に電極を設け、その電極を回路基
板５の表面に設けたパターン４Ｂに密着して接続しであ
る。また、受光面３の周縁にリング形の他方の電極２Ａ
を設け、電極２＾を他の電気信号路であるパターン４Ａ
に接続している。

即ち受光素子ｌは、受光面３が上向きで、回路基板５の
上面に並行した状態で、回路基板５に実装されている。

１０は、シングルモードの光ファイバであって、受光素
子１に光信号を入射させる光伝送路である。

光ファイバ１０の端面は、軸心に直交する平面ではなく
、軸心に対してほぼ４５度傾斜した斜傾端面１１に加工
しである。

７は、光ファイバ１０を水平に支持するように、例えば
Ｖ形の溝を設けたファイバ保持台であって、光ファイバ
１０の斜傾端面１１を上側にして、光ファイバの端末近
傍を溝に挿入し、光ファイバの外周面と溝の内壁とを接
着剤等を用いて接着し、固着しである。

光ファイバ１０の斜傾端面１１が、受光素子ｌの受光面
３に対向するように、ファイバ保持台７を位置調整した
後に、ファイバ保持台７の底面を回路基板５の上面に密
着させ、ファイバ保持台７を回路基板５に固着しである
。

したがって、光ファイバ１０を伝搬してきた光信号は、
斜傾端面１１で軸心に対してほぼ直交するような下側方
向、即ち受光素子１方向に、はぼ全反射して、斜傾端面
１１に対向するクラッド層の外周面から出射し受光面３
に入射する。

上述のように従来の受光デバイスは、光ファイバの端面
を斜傾端面にして、光ファイバの軸心を回路基板の上面
に近接して並行に実装したものであって、光ファイバの
軸心を回路基板の表面に垂直に実装した場合に比較して
、受光デバイスの小形化が推進されるという利点がある
。

〔発明が解決しようとする課題〕 しかしながら、近年の受光素子は、容量を小さくして周
波数特性を向上させている。即ち、容量の小形化に伴い
、近年の受光素子の受光面は狭小になっている。

一方、上記従来例の受光デバイスは、光ファイバの端面
が斜傾端面であるので、斜傾端面で反射した出射ビーム
は、光ファイバの軸心方向に長径を有する、はぼ円錐体
状に拡開して、受光面３に投射されている。

したがって、従来の受光デバイスは、受光面の狭小化に
伴い、光結合効率が低（なるという問題点があった。

また、光結合効率を高くしようと光ファイバを調整する
際に、光ファイバを受光素子に近づけすぎて、受光素子
に衝突させ、受光素子を破壊する恐れがあった。

本発明はこのような点に鑑みて創作されたもので、光結
合効率が高く、且つ小形の受光デバイスを提供すること
を目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するために本発明は、光信号を伝送す
る光ファイバ１０と、光ファイバ１０に並行した回路基
板５上に、光ファイバ１０の出射光を受光すべく受光面
３を上向きにして、実装する受光素子１とを備えた受光
デバイスにおいて、第１図に例示したように、光ファイ
バ１０と受光素子１との間に、下側面に帯状゛のコア層
２１を有する導波路体２０を設ける。

導波路体２０の一方の端面を平端面にして、光ファイバ
１０の端面に密着させ光結合させる。また、導波路体２
０の端面を斜傾端面２２−Ａとして、コア層２１の出射
光を受光面３方向に反射させるように構成する。支持台
２ＯＡを用いて回路基板５の上方所定の位置に導波路体
２０を保持する。

そして、斜傾端面２２−Ａに対向するコア層２１の下側
面に凸レンズ、或いはフレネルレンズのような集光レン
ズ２５を貼着した構成とする。

他の手段として、第２図に例示したように、光ファイバ
１０と受光素子１との間に、下側面に帯状のコア層２１
を有する導波路体２０を設ける。

導波路体２０の一方の端面を平端面にして、光ファイバ
１０の端面に密着させ光結合させ、支持台２０Ａを用い
て回路基板５の上方所定の位置に、導波路体２０を保持
する。

そして、コア層２１の所望の個所の下面に、受光面３に
集光するように、集光グレーティングカプラ３５を設け
る構成とする。

〔作用〕

上記第１項のよれば、光ファイバの出射側端面ば、光信
号を受光面３方向に反射するように、斜傾端面２２−Ａ
となっており、且つ斜傾端面２２−Ａに対向するコア層
２１の下側面に集光レンズ２５を貼着しである。

したがって、斜傾端面２２−八で拡開するように反射し
た光ビームは、集光レンズ２５により受光面３に集光す
る。よって、受光面３を狭小にした場合においても、光
結合度が高い。

上記第２項によれば、光信号が伝搬するコア層２１の所
望の個所の下面に、はぼ半月状の集光グレーティングカ
プラ３５を設けであるので、コア層２１を進行した光は
、集光グレーティングカプラ３５の領域で屈折して、コ
ア層２１より受光素子１方向に飛び出し、受光面３上で
集光する。

よって、受光面３を狭小にした場合においても光結合度
が高い。また、集光機能を備えているので光結合が最適
となる位置で、受光素子と集光グレーティングカプラと
の間に、ある程度の間隔がある。よって調整時に受光素
子を損傷する恐れがない。

〔実施例〕

以下図を参照しながら、本発明を具体的に説明する。な
お、全図を通じて同一符号は同一対象物を示す。

第１図は第１項の実施例の断面図、 第２図は第２項の実施例の断面図、 第３図は第１項の他の実施例の斜視図、第４図は第２項
の他の実施例の、斜視図、第５図の（ａｌ、　（ｂｌ、
　（Ｃ１は、第２項の要部を示す図である。

第１図において、基台６の表面に密着するように装着し
た、セラミックス等よりなる回路基板５の表面に、受信
回路等の電気回路と、フォトダイオード等の受光素子１
とを実装しである。

光信号を受信する受光素子１は、電気容量が小さく、表
面側に狭小の受光面３を有するチップ型の素子であって
、裏面の全面に設けた電極（図示せず）をパターン４Ｂ
に密着して接続し、表面のり　。

フグ形の電極２Ａを、回路基板５の表面に設けたパター
ン４Ａの端末に、ワイヤーボンデングして接続しである
。即ち、受光面３が上向きになるように、受光素子ｌを
回路基板５に実装しである。

１０は、例えばシングルモード光ファイバであって、受
光素子１に光信号を入力する光伝送路である。

２０は、ニオブ酸リチウム等よりなる板状の導波路体で
あって、下側面の中心線に沿って、チタン等を拡散させ
屈折率を大きくして、帯状のコア層２１を設けである。

コア層２１の深さ、及び幅は、それぞれ光ファイバ１０
のコアの直径にほぼ等しく、１０μ閣程度である。

導波路体２０の一方の端面を垂直面にし、他方の端面を
コア層２１の下面側が鋭角、例えば４５度の角度で傾斜
した斜傾端面２２−Ａとしである。

導波路体２０の光ファイバ１０を当接する側の下面に、
導波路体２０と同材料よりなる、直方体状の支持台２０
Ａを接着しである。この支持台２ＯＡは、支持台の側壁
と導波路体２０の端面とが、同一平面になるように、固
着するものとする。

光ファイバ１０の先端を、ルビー等の支持板１５の中心
孔に嵌挿する。そして、光ファイバ１０の端面をコア層
２１の端面に当接した状態で、支持板１５と導波路体２
０の端面とを、接着剤１６を用いて接着して、光ファイ
バ１０とコア層２１とを光学的に接続している。

２５は、はぼ半球状の凸レンズ、或いは円板形のフレネ
ルレンズのような集光レンズであって、その直径は、コ
ア層２１の幅よりも所望に大きい。集光レンズ２５の平
坦面を、斜傾端面２２−八に対向するコア層２１の下側
面に、光を透過する光学接着剤を用いて貼着しである。

なお、集光レンズ２５は、斜傾端面２２−Ａで反射した
光が受光面３に集光するといった、所望の焦点距離を備
えたレンズとする。

上述のように、集光レンズ２５と光ファイバ１０とを装
着した導波路体２０を、支持台２０Ａの集光レンズ２５
例の側壁を回路基板５の側縁に当接した状態で、支持台
２０Ａの底面を、接着剤を用いて基台６に固着している
。なお、支持台２０Ａの高さは、受光素子ｌに集光レン
ズ２５が衝突する恐れのないような所望の高さとする。

したがって、光ファイバ１０を伝搬してきた光は、コア
層２１を進行して斜傾端面２２−Ａに達し、斜傾端面ｊ
２−ａで受光素子１方向に反射する。その反射光は、集
光レンズ２５により集束され受光面３に集光する。

即ち、受光面３を狭小にした場合でも、光結合効率が高
い。

なお、光ファイバ１０及び導波路体２０の軸心が、回路
基板５に近接して平行しているので、光ファイバの軸心
を回路基板の表面に垂直に実装した場合に比較して、実
装作業が容易であり、且つ、受光デバイスが小形となる
。

第２図に示す導波路体２０は、両端面を垂直面としたこ
と以外は、第１′図に示した導波路体と全く同じであっ
て、一方の端面に光ファイバ１０を接続し、また、コア
層２１を下側にして、支持台２０Ａを介して回路基板５
の上方に装着することも、第１図に示したものと同じで
ある。

コア層２１の所望の個所の下面に、受光面３に集光する
ように、集光グレーティングカブラ３５を、イオンビー
ムエツチング手段により形成しである。

この集光グレーティングカプラ３５は、詳細を第５図に
示すように設けである。

第５図（ａ）は、導波路体２０を裏返しにした斜視図で
あって、導波路体２０に設けたコア層２１の一方の端面
に、光ファイバ１０の端面を当接して、光ファイバ１０
とコア層２１とを光学的に接続しである。

そして、コア層２１の所望の表面に光フアイバ１０方向
に中心を有するほぼ半月状の格子凸部と格子溝とよりな
る回折格子を、多数条設けて、集光グレーティングカプ
ラ３５としである。

したがって、光ファイバ１０よりコア１２１に入射した
光は、シングルモードでコアＪ！２１を進行して、集光
グレーティングカプラ３５に達する。そして、集光グレ
ーティングカブラ３５を通過中に、つぎつぎに屈折して
、コア層２１より受光素子方向（第５図では斜め上方）
に飛び出し、受光面（第５図の点Ｐ）に集光する。

この集光グレーティングカブラ３５には、第５図（ｂ）
に示すブレーズ状の回折格子のものと、第５図（Ｃ１に
示す矩形の凹凸の回折格子のものとがあり、いずれの形
状のものでも良いが、ブレーズ状の回折格子の方が集光
する光量がより多い。

第５図（ｂ）において、導波路体２０に設けたコア層２
１の表面に、格子凸部３６−１と格子溝３６−２とで鋸
刃状の断面を持つブレーズ状の回折格子を、はぼ半月状
に多数条設けである。

この格子凸部３６−１のピンチとその頂点角度（ブレー
ズ角）は、光ファイバ（図示せず）から離れるにしたが
って、一定の法則に基づき変化させである。したがって
、光ファイバよりコア層２１に入射した光は、シングル
モードでコア層２１を進行する。そして、集光グレーテ
ィングカブラ３５に達すると、次々に異なる角度で屈折
し、斜め上方１図示の点Ｐに集光する。

第５図（Ｃ１において、導波路体２０に設けたコア層２
１の表面に、格子凸部３７−１と格子溝３６−２とで矩
形状の断面を備えた回折格子を、はぼ半月状に多数条設
けである。

この格子凸部３７−１のピッチと幅は、光ファイバ（図
示せず）から離れるにしたがって、一定の法則に基づき
変化させである。したがって、光ファイバよりコア層２
１に入射した光は、シングルモードでコア層２１を進行
する。そして、集光グレーティングカブラ３５に達する
と、次々に異なる角度で屈折し、斜め上方３図示の点Ｐ
に集光する。

第３図、及び第４図は、光フアイバアレイと受光素子ア
レイとを光結合させた実施例である。

第３図において、基台６の表面に密着するよう装着した
回路基板５の表面には、複数個（図では３個）の受光素
子ｌを近接して、等ピッチで配設して、受光素子プレイ
としである。

それぞれの受光素子１は、電気容量が小さ（、表面側に
狭小の受光面を有するチップ型であって、裏面の全面に
設けた電極（図示せず）をパターン４Ｂに密着して接続
し、表面のリング形の電極（図示せず）を、回路基板５
上に並行に設けたパターン４Ａの、それぞれの端末にワ
イヤーボンデングして接続しである。

導波路プレイの熱膨張係数に等しいか、それに近い、熱
膨張係数の材料（例えばニオブ酸リチウムそのもの）よ
りなる矩形板に、光ファイバ１０の外径に等しい内径の
孔を等ピッチ（受光素子ｌの配列ピッチに等しいピッチ
）で配列し、それぞれの孔に光ファイバ１０の端末を嵌
着して、光フアイバアレイ１５０としである。

導波路アレイ２００は、ニオブ酸リチウム等よりなる板
状である。そして下側面に、光フアイバアレイ１５０の
光ファイバ１０の配列ピッチに対応して、複数の帯状の
コア層２１を設けである。

導波路アレイ２００の一方の端面を垂直面に、他方の端
面をコア層２１の下面側が鋭角、例えば４５度の角度で
傾斜した斜傾端面２２０−Ａとしである。

導波路アレイ２００の光フアイバアレイ１５０を当接す
る側の下面に、導波路アレイ２００と同材料よりなる、
直方体状の支持台２０〇八を接着しである。

そして、光ファイバ１０のそれぞれの端面を、導波路ア
レイ２００の対応するコア層２１の端面に当接した状態
で、光フアイバアレイ１５０を導波路アレイ２００端面
に、接着剤を用いて接着し、それぞれの光ファイバ１０
とそれぞれのコア層２１とを、光学的に接続している。

斜傾端面２２０−Ａに対向するコア層２１のそれぞれの
下側面に、光を透過する光学接着剤を用いて集光レンズ
２５を貼着しである。

上述のように、集光レンズ２５と光フアイバアレイ１５
０とを装着した導波路アレイ２００は、支持台２０〇へ
の底面を、接着剤を用いて基台６に固着するようになっ
ている。

上述の光フアイバアレイ１５０の光ファイバの配列ピツ
チ、及び導波路アレイ２００のコア層の配列ピッチは、
リソグラフィー手段等により、高精度に配列することが
できる。

したがって、それぞれの光ファイバ１０を伝搬してきた
光は、対応するコア層２１を進行してそれぞれの斜傾端
面２２０−Ａに達し、受光素子方向に反射し、集光レン
ズ２５により集束され対応する受光素子の受光面３に集
光する。

第４図において、導波路アレイ２００の下側面には、光
フアイバアレイ１５０の光ファイバの配列ピンチに対応
して、複数の帯状のコア層２１を設けである。

導波路アレイ２０００両端面は、コア層２１に垂直な面
である。なお、導波路アレイ２００の光フアイバアレイ
１５０例の下面に、導波路アレイ２００と同材料よりな
る、直方体状の支持台（図示せず）を接着する。

そして、それぞれのコア層２１の下面で、光フアイバア
レイ１５０側の端面より等距離の個所に、同形状のほぼ
半月状の集光グレーティングカブラ３５を設けである。

このようなに集光グレーティングカブラ３５を形成した
導波路アレイ２００を用いることにより、光フアイバア
レイ１５０のそれぞれの光ファイバを伝搬して、コア層
２１に入射した光は、集光グレーティングカブラ３５で
受光素子ｌの受光面に集光する。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、導波路体、或いは導波路
アレイのコア層に、集光レンズを貼着するか、或いは半
月状の集光グレーティングカブラを設けたもので、狭小
な受光面の受光素子、及び受光素子アレイに適用して、
光ファイバと受光素子との光結合効率が高く、また実装
作業が容易で小形で、且つ組み立て時に受光素子を損傷
する恐れがない等、実用上で優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１項の実施例の断面図、 第２図は第２項の実施例の断面図、 第３図は第１項の他の実施例の斜視図、第４図は第２項
の他の実施例の斜視図、第５図の（ａ）、　（ｂ）、　
（Ｃ）は、第２項の発明の要部を示す図、 第６図は従来例の断面図である。 図において、 ｌは受光素子、 ３は受光面、 ４Ａ、　４Ｂはパターン、 ５は回路基板、 １０は光ファイバ、 １１、２２−Ａ、　２２０−Ａは斜傾端面、１５は支持
板、 ２０は導波路体、 ２ＯＡ　、　２００Ａは支持台、 ２１はコア層、 ３°５は集光グレーティングカブラ、 １５０は光フアイバアレイ、 〕 チ１順の兜遍例へ牲力口 早　１　口 １安七千士 早２瑣の光た例の歌鎖２ Ｐ　２　ロ 率Ｉめ他■更七例σ舛祝記 第　３　■ ％θ 牟２功Ｇ脅ρ粘七′列の斜視Ｚ 第　４−　撥 （ＣＬ） （′Ｆ）ン

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　光信号を伝送する光ファイバ（１０）と、該光ファ
   イバ（１０）の出射光を受光すべく、受光面（３）を上
   向きにして該光ファイバ（１０）に並行した回路基板（
   ５）上に実装する受光素子（１）、とを備えたデバイス
   において、 一方の端面が該光ファイバ（１０）の端面に密着し光結
   合して、該受光素子（１）の上方に配設され、下側面に
   、出射光を該受光面（３）方向に反射すべく他方の端面
   を斜傾端面とした帯状のコア層（２１）、を有する導波
   路体（２０）と、 該斜傾端面に対向する該コア層（２１）の下側面に貼着
   される集光レンズ（２５）とを、備えたことを特徴とす
   る受光デバイス。 ２　光信号を伝送する光ファイバ（１０）と、該光ファ
   イバ（１０）の出射光を受光すべく、受光面（３）を上
   向きにして該光ファイバ（１０）に並行した回路基板（
   ５）上に実装する受光素子（１）、とを備えたデバイス
   において、 一方の端面が該光ファイバ（１０）の端面に密着し光結
   合して、該受光素子（１）の上方に配設され、下側面に
   該光信号を伝送する帯状のコア層（２１）を有する導波
   路体（２０）と、 該コア層（２１）の所望の個所の下面に設けた、集光グ
   レーティングカプラ（３５）とを、備えたことを特徴と
   する受光デバイス。