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JP2004325548A - 基板型光導波路部品、複合基板 - Google Patents

基板型光導波路部品、複合基板 Download PDF

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JP2004325548A
JP2004325548A JP2003116807A JP2003116807A JP2004325548A JP 2004325548 A JP2004325548 A JP 2004325548A JP 2003116807 A JP2003116807 A JP 2003116807A JP 2003116807 A JP2003116807 A JP 2003116807A JP 2004325548 A JP2004325548 A JP 2004325548A
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plc
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Yutaka Ishii
裕 石井
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Fujikura Ltd
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Fujikura Ltd
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Abstract

【課題】本発明は、電気を用いて光学特性を変化させるPLC型デバイスの電極と制御用の電気回路基板の制御用電極端子とを電気的に接続する際、導線,ワイヤーボンディング,ジャンパーリード等を必要とせず、この半田付けに係る作業工程を無くすることができ、更に制御用の電気回路基板への実装と抜き取りが容易に行える基板型光導波路部品及び複合基板を提供する。
【解決手段】本発明の基板型光導波路部品1は、コア3とコア3の周囲にコア3よりも屈折率の低い領域とを平面状に配置した基板型光導波路部品1であって、基板2の一方の表面21に1以上の電極4が設けられ、前記電極4の一端41が基板2の同一の側端部22に延びた構成とする。
【選択図】 図1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光計測や光情報通信分野で用いられる基板型光導波路部品に関し、特に電気回路基板に容易に実装できる基板型光導波路部品及び複合基板に関する。
【0002】
【従来の技術】
基板型光導波路部品(PLC:Planar Lightwave Circuit、以下、PLC又は平面型光導波回路とも言う。)は、高分子材料や石英ガラス、ないしはチタン(Ti)拡散ニオブ酸リチウム(LiNbO)等からなるコアと、このコアの周囲にコアよりも屈折率の低い領域をもつ光導波路を、平面状ないしは複数の層からなる平面状に配置してなる。平面状に光導波路を配置するためにシリコン(Si)や石英系ガラスの基板が多く用いられるが、これら以外に金属材料やシリコン以外の半導体材料、セラミックや多成分ガラス、樹脂などの基板が用いられることもある。この光導波路に更にヒータや櫛型電極等の電気回路を装荷することにより、光導波路を構成する材料の熱光学効果や電気光学効果を利用して、光の分岐、合波、波長分離・合成等のフィルタ機能を付与することが可能であり、光スイッチや可変光減衰器、可変光フィルタ、あるいは光変調器等として光情報通信分野で広く利用されている。
電気を用いて動作するPLC型デバイスとしては、光導波路となる高分子材料や石英系ガラスの屈折率が温度変化によって変化する性質(熱光学効果)を利用して、基板上にヒータと電極を設け、外部電源から電流の供給を制御して、光の分岐、合波、切り替え、可変光減衰、可変光フィルタリング等を行うものが数多く提案され、利用されている(特許文献1〜6参照。)。
また、光導波路を構成する材料としてニオブ酸リチウム(LiNbO)等の非線形光学効果を持つものを用い、この材料の屈折率が電界の印加により変化する性質(電気光学効果)を利用して、基板上に電極を設け、入力光の振幅や位相等の光変調を電気的に制御できるようにしたものや、基板上に櫛型電極を設け、これに交流電圧を印加して表面弾性波(SAW:Surface Accoustic Wave)を発生させて光導波路中を伝搬する光の一部を放射モードや近接する光導波路を伝搬するモードに結合させる可変光フィルタ等も提案されている(特許文献7)。
【0003】
通常、電気を用いて動作するPLC型デバイスには、光の分岐、合波、切り換え等を行うためにヒータ等の屈折率調整手段が設けられており、外部電源からの電流の供給を必要とし、PLCの電極と制御用の電気回路とを接続して用いられる。このPLCの電極と制御用の電気回路とを接続する方法としては、PLCを直接、電気回路基板に実装する方法と、外部接続端子が設けられた保護ケースにPLCを収納し、この保護ケースの外部接続端子と制御用の電気回路とを接続する方法が挙げられる。
【0004】
図9は、従来のPLC101及び電気回路基板107を示す概略図である。このPLC101は、基板102に複数のコア103が形成され、各コア103上に電極104が設けられたものであり、この電極104の一端141は、基板102の最近傍の側端部122に延びている。図9では、基板102の両側端部122,122にそれぞれ4つずつ電極104の一端141が位置している。また、PLC101の入出力端には、それぞれ光ファイバテープ心線から引き出された光ファイバ106が接続されている。
電気回路基板107には制御用電極端子171が設けられ、符号101’に示されたようにPLC101を設置したとき、PLC101の電極104の一端141が、前記制御用電極端子171近傍にくるようになっている。
図10は、前記PLC101が電気回路基板107に実装された状態を示す概略図である。PLC101は、電気回路基板107に固定された後、PLC101の電極104の一端141と、電気回路基板107の制御用電極端子171とに導線172が半田付けされて電気的に接続されている。
【0005】
また、PLC101の電極104と制御用の電気回路107の制御用電極端子171とを接続する他の方法として、外部電極接続用端子が設けられた保護ケース9を用いた方法を以下に示す。
図11は、従来のPLC101が保護ケース9に収納された状態を示す概略図である。保護ケース9は、内部に電極端子91が設けられ、この電極端子91は、保護ケース9の外面に設けられた外部接続端子(図示省略)と電気的に接続されている。前記PLC101は保護ケース9内に収容され、PLC101の電極104の一端141と、保護ケース9の電極端子91とに導線92が半田付けされて電気的に接続されている。
前記保護ケース9は、制御用の電気回路基板(図示省略)に実装され、保護ケース9の外部接続端子と、電気回路基板の制御用電極端子とが半田付けなどにより電気的に接続されるようになっており、これによりPLC101の電極104は、保護ケース9の電極端子91と外部接続端子を介して電気回路基板の制御用電極端子と電気的に繋がった状態となる。
【0006】
前述したようにPLC101を直接、電気回路基板に実装する場合、PLC101の電極104と制御用の電気回路107の制御用電極端子171とを接続する際、導線172,ワイヤボンディング,ジャンパーリード等が必要であり、またこの導線172,ワイヤボンディング,ジャンパーリード等を半田付けする必要あるため、作業工程が増える。特に、PLC101のチャンネルの増加に伴い、コア数や電極数が多くなるため、チャンネル数の多いPLC(特許文献1,6参照。)では、接続する電極数が多く、結線に係る作業が困難となる。
更に、PLCのみが故障したときPLCのみの交換が困難であり、電気回路基板と共に部品交換する必要がある。
【0007】
また、保護ケース9を用いる場合も、PLC101の電極104と保護ケース9内部の電極端子91とを接続する際、導線92,ワイヤボンディング,ジャンパーリード等が必要であり、またこの導線92,ワイヤボンディング,ジャンパーリード等を半田付けする必要あるため、作業工程が増える。
更に、必要となる部品数が増え、製造コストが増加してしまう。
【0008】
【特許文献1】
特開2000−321450号公報
【特許文献2】
特開2000−241781号公報
【特許文献3】
特開2000−241774号公報
【特許文献4】
特公平7−43484号公報
【特許文献5】
特許第2659293号公報
【特許文献6】
特許第3158372号公報
【特許文献7】
特許第2882399号公報
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記した事情に鑑みなされたものである。すなわちPLCの電極と制御用の電気回路基板の制御用電極端子とを電気的に接続する際、導線,ワイヤーボンディング,ジャンパーリード等を必要とせず、この半田付けに係る作業工程を無くすることができ、更に制御用の電気回路基板への実装と抜き取りが容易に行える基板型光導波路部品及び複合基板を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の発明は、コアとコアの周囲にコアよりも屈折率の低い領域とを平面状に配置した基板型光導波路部品であって、基板の一方の表面に1以上の電極が設けられ、前記電極の一端が基板の同一の側端部に延びていることを特徴とする基板型光導波路部品である。
請求項2記載の発明は、前記電極の一端が側端部に沿って配列していることを特徴とする請求項1に記載の基板型光導波路部品である。
請求項3記載の発明は、請求項1又は2に記載の基板型光導波路部品を電気回路基板に設けられたエッジコネクタに挿入し、前記基板型光導波路部品の電極の一端と前記エッジコネクタの電極とを接続したことを特徴とする複合基板である。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面を参照して説明する。
図1は、本実施形態の基板型光導波路部品の一例を示す概略図である。この基板型光導波路部品(以下、PLC又は平面型光導波路部品とも言う。)1は、平板状の基板2と、基板2の一方の面21上に形成された電気回路から構成される。
【0012】
前記基板2は、基材23と、この基材23上に形成されたコア3と、コア3よりも屈折率の低いクラッド層31とから構成される。
前記基材23としては、シリコン(Si)や石英ガラスの平板が好ましく用いられるが、これら以外に金属材料やシリコン以外の半導体材料、セラミックや多成分ガラス、樹脂などの基板等も適用できる。
前記コア3及びクラッド層31の少なくとも一方は、石英ガラス,特開2000−241781号公報に記載された高分子材料,SiN等から構成されており、温度変化によって屈折率が変化する性質(熱光学効果)や非線形光学効果をもっているものや、ニオブ酸リチウム(LiNbO)等のような電界の印加によって屈折率が変化するような性質(電気光学効果)を持つ材料から構成されたものなどが適用できる。
【0013】
前記電気回路は、電極4と屈折率調整手段5とから構成される。電極4は、その一端41が基板2の同一の側端部22に達しており、また他端42がコア3の近傍に設けられた複数の屈折率調整手段5に接続されている。この側端部22に延びた電極4の一端41は、側端部22の長手方向に沿って等間隔に配列している。またこの電極4は、その線幅が一端41付近で広がった形状をしている。電極4は、この一端41にて制御用の電気回路基板の制御用電極端子等と電気的に接触するようになっており、前記したように線幅が一端41付近で広がっているために、電気回路基板の制御用電極端子等と確実に電気的に接触できる。
前記屈折率調整手段5は、コア3又はクラッド層31を構成する材料に応じて適宜決定される。例えば、コア3又はクラッド層31が熱光学効果を有する場合、屈折率調整手段5としては、ヒータ等の温度を調整する手段が挙げられる。また、コア3又はクラッド層31が電気光学効果を有する場合、屈折率調整手段5としては、櫛形電極やコイル等の電界を発生させる手段が挙げられる。
【0014】
本実施形態のPLC1は、公知技術により容易に製造できる。図1では、一例として、コア3及びクラッド層31の少なくとも一方が前述した熱光学効果を有するものであり、屈折率調整手段5としてヒータ(ヒータにも符号5を付して説明する。)を用いたPLC1を例示している。このPLC1の構成とその製造方法について、以下に具体的に説明する。
図2は、Si基板等の基材23上に下部クラッド層31aが形成された基板を示す概略図であり、(a)は斜視図であり、(b)は(a)中AA線の断面を含む概略図である。
まず図2に示されたように基材23上に、下部クラッド層31aを形成する。
PLC1のコア3及びクラッド層31が石英ガラスから構成された場合、例えば火炎堆積法(FHD法:Flame Hydrolysis Deposition),化学気相堆積法(CVD法:Chemical Vapor Deposition),スパッタリング法,蒸着法などの公知技術を用いて、石英ガラスを基材23上に堆積させる。
石英ガラスとしては、高純度石英ガラス又は、添加物としてゲルマニウム(Ge),ホウ素(B),りん(P),フッ素(F)などを含有するものなどが挙げられる。前記添加物を石英ガラスに添加することによって、石英ガラスの屈折率や軟化点温度(ガラス転移点とも言う。)を調整でき、形成するコアの光学特性や下部クラッド層の製造に係るプロセス温度に応じて、添加元素や添加量を適宜調整して添加される。
また、PLC1のコア3及びクラッド層31が高分子材料から構成された場合、例えばスピンコート法により高分子材料を所望の膜厚堆積させる。
PLC1のコア3及びクラッド層31がSiNから構成された場合、例えばCVD法やスパッタリング法等によりSiNを所望の膜厚堆積させる。
また、基材23,コア3,クラッド層31が全て石英ガラスから構成された場合、基材23を下部クラッド層31aとして用い、下部クラッド層31aを形成する工程を省略してもかまわない。
【0015】
図3は、前記下部クラッド層31a上にコア層32が形成された状態の基板を示す概略図であり、(a)は斜視図であり、(b)は(a)中BB線の断面を含む概略図である。コア層32の形成には、前記下部クラッド層31aの形成方法と同様の方法や製造装置が適用できる。コア層32の屈折率が下部クラッド層31aの屈折率よりも大きくなるように、コア層32の構成材料を適宜決定して使用する。
PLC1のコア層32及びクラッド層31が石英ガラスから構成された場合、前記した添加物を適宜選択して石英ガラスに添加したものを用いる。
【0016】
次に、コア層32を公知技術のフォトリソグラフィー法とエッチング法により、所望のパターン形状のコア3とする。
図4は、前記コア層32がエッチングされた状態の基板を示す概略図であり、(a)は斜視図であり、(b)は(a)中CC線の断面を含む概略図である。フォトリソグラフィー法により、コア3となる領域にマスク材を被覆した後、エッチング法によりコア3以外の領域のコア層32を除去する。エッチング法では、反応性イオンエッチング等のドライエッチングや、ウエットエッチング法等が適用できる。
図5は、前記コア層32及び下部クラッド層31a上に上部クラッド層31bが形成された状態の基板を示す概略図であり、(a)は斜視図であり、(b)は(a)中DD線の断面を含む概略図である。前記下部クラッド31aの形成方法と同様にして、上部クラッド31bを形成する。以上により、基材23上にコア3及びクラッド層31が形成された基板2が得られる。
【0017】
次に、前記基板2上にヒータ5と電極4を形成する。図6は、基板2上面にヒータ5及び電極4が設けられたPLC1の概略図を示す。
基板2の上面21のうち、コア3の上方に位置する部分にヒータ5と、このヒータ5に接続された電極4を形成する。前記ヒータ5及び電極4は、ニッケル,アルミニウム,クロム,金,ニクロム等の金属薄膜やその他の導体等から構成されている。このヒータ5及び電極4は、公知技術のフォトリソグラフィー法とエッチング法により形成される。
本実施形態では、電極4の一端41が基板2の同一の側端部22に達し、かつ他端42が前記ヒータ5に接続された形状となるように電極4を形成する。この側端部22に延びた電極4の一端41は、側端部22の長手方向に沿って等間隔に配列され、かつ電極4の線幅が一端41付近で広がった形状とし、この一端41にて制御用の電気回路基板の制御用電極端子等と確実に電気的に接触できるようになっている。
以上により、本実施形態のPLC1が製造される。このPLC1は、外部の電源から電極4を介して電流が供給されることによってヒータ5が発熱し、コア3の一部の温度を調整でき、これによりコア3の屈折率を調整できるようになっている。このため、このPLC1は、光の出力パワー比を調整したり、光の分岐等が行え、光スイッチや可変光減衰器として利用できる。
【0018】
前記PLC1の入出力端に光ファイバ6を接続することによって、光部品となる際、光を光ファイバ6から出射し、挿入損失が最小となるように位置決めした後、光ファイバ6とPLC1とを接続する。
なお、この光ファイバ6とPLC1とを接続する方法としては、前記した光ファイバ6の調心を行わずに、公知の接続用装置を用いて行ってもよい。また、PLC1を用いるデバイスが発光素子ないしは受光素子等を備えていて、発光又は受光のいずれかのみを行うものである場合、出力用又は入力用光ファイバ6のみを接続すればよい。更に、PLC1の入出力端に光コネクタ等の光インターフェースとなる機構を接続しても構わない。
【0019】
次に、PLC1を制御用の電気回路基板に実装する作業を以下に説明する。
図7は、本実施形態のPLC1と制御用の電気回路基板7とを示す概略図である。本実施形態のPLC用の電気回路基板7は、エッジコネクタ(以下、カードエッジコネクタとも言う。)8が設けられたものである。このエッジコネクタ8は、PLC1の基板2の側端部22が挿入できる大きさの開口部81が設けられた固定体82と、この固定体82の開口部81内面に設けられた制御用電極端子(図示省略)と固定用弾性片83から構成されている。
符号1’で示されたように平板状のPLC1がその側端部22側からエッジコネクタ8の開口部81に(矢印Fの方向)挿入されたとき、前記固定用弾性片83がPLC1を押圧し、これによりPLC1を直立した状態で固定できるようになっている。また、制御用電極端子は、固定体82の開口部81内のうち、PLC1の側端部22に延びた電極4の一端41と接触できる位置に設けられている。
【0020】
PLC1を前記電気回路基板7に接続する方法を説明する。PLC1の電極4の一端41が延びた基板2の側端部22を電気回路基板7のエッジコネクタ8の開口部81に向けた状態で、PLC1をエッジコネクタ8の開口部81に差し込む。PLC1は、エッジコネクタ8の固定用弾性片83によって押圧され、直立した状態で固定される。このとき、PLC1の電極4は、エッジコネクタ8の制御用電極端子に接触して電気的に接続された状態となる。
以上により本実施形態の複合基板が得られる。この複合基板は、前述した本実施形態のPLC1と、エッジコネクタ8が設けられた電気回路基板7から構成され、前述したようにPLC1は、電気回路基板7のエッジコネクタ8に挿入されてPLC1の電極4の一端41とエッジコネクタ8の制御用電極端子とが接続されたものである。
【0021】
本実施形態のPLC1は、基板2の上面21側に設けられた電極4の一端41が基板2の同一の側端部22に延びており、例えば電気回路基板7に設けられたエッジコネクタ8にPLC1を差し込むことによって、PLC1の電極4とエッジコネクタ8内の制御用電極端子との電気的接続が容易に行える。このとき、従来のようにPLC1を直接、電気回路基板7に実装する場合や保護ケース等を使用する場合のように、導線,ワイヤボンディング,ジャンパーリード等を半田付けする必要がなく、かつこの電気的接続に係る半田付け等の作業工程を無くすることができる。このため、PLC1を制御用の電気回路基板7に実装する作業時間を大幅に低減できる。
また、PLC1は基板2にSi基板や石英ガラスなどを用いており、エッジコネクタ8にて直立した状態で固定されても自重で変形することなく、支持固定できる。
また、PLC1の電気回路基板7からの抜き取りも容易に行えるため、PLC1又は制御用の電気回路基板7のいずれかが故障した場合、PLC1を電気回路基板7のエッジコネクタ8から抜き取り、故障したPLC1又は電気回路基板7のみを交換することができる。このように、故障した部品のみの交換が可能である。
また、本実施形態のPLC1は、前述したように公知技術を用いて製造でき、既存の製造装置などを用いて容易に製造できる。
【0022】
また、本実施形態のPLC1用の電気回路基板7は、エッジコネクタ8が設けられており、例えば電極4の一端41が基板2の同一の側端部22に延びたPLC1をこのエッジコネクタ8に差し込むことによって、PLC1を固定でき、かつPLC1の電極4と電気回路基板7の制御用電極端子との電気的な接続が容易に行える。
【0023】
なお、本発明の技術範囲は、上記の実施形態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において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、PLC1は、コア3の経路パターンやコア3の屈折率を制御するための手段などに限定されず、前述した作用効果が得られる。
【0024】
図8は、本実施形態のPLC1及び制御用の電気回路基板17の他の一例を示す概略図である。電気回路基板17には、エッジコネクタ18が、その開口部81を電気回路基板17の面内方向に向けた状態で設けられている。また、固定用弾性片83は、制御用電極端子を兼ねており、PLC1を固定すると共に、PLC1の電極4と接触することによって電気的に接続できるようになっている。他の構成は、本実施形態と同一であるため、説明を省略する。
PLC1の電極4の一端41が延びた基板2の側端部22を電気回路基板17のエッジコネクタ18の開口部81に向けてPLC1をエッジコネクタ18の開口部81に(矢印Gの方向)差し込むと、符号1’’に示されたようにPLC1の基板2の下面と電気回路基板17の基板面とが接触した状態でPLC1はエッジコネクタ18に固定される。
また、PLC1用の電気回路基板7,17のエッジコネクタ8,18としては、実開昭64−10986号公報等に開示されたものや、特許第2906110号明細書に記載された回動式レバーが備えられ、PLCの装着、抜去時にPLCに損傷を与えにくいもの等も適用できる。
【0025】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の基板型光導波路部品によれば、基板上面に設けられた電極の一端が基板の同一の側端部に延びており、例えば電気回路基板に設けられたエッジコネクタに基板型光導波路部品を差し込むことによって、基板型光導波路部品の電極とエッジコネクタ内の制御用電極端子との電気的接続及び基板型光導波路部品の電気回路基板への固定が容易に行える。この基板型光導波路部品の電極とエッジコネクタ内の制御用電極端子との電気的接続には、導線,ワイヤボンディング,ジャンパーリード等の半田付けを必要とせず、この電気的接続に係る作業工程を低減できる。また、PLCの制御用の電気回路基板への実装及び抜き取りが容易に行える。
【0026】
本発明の複合基板は、前記した本発明の基板型光導波路部品を電気回路基板に設けられたエッジコネクタに挿入し、前記基板型光導波路部品の電極の一端と前記エッジコネクタの電極とを接続することによって、基板型光導波路部品の装着と抜き取りが容易に行え、基板型光導波路部品又は電気回路基板のいずれかが故障した場合、基板型光導波路部品をエッジコネクタから抜き取り、故障した基板型光導波路部品又は電気回路基板のみを交換することができる。このように、故障した部品のみの交換が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施形態の基板型光導波路部品の一例を示す概略図である。
【図2】基材上に下部クラッド層が形成された状態の基板を示す概略図であり、(a)は斜視図であり、(b)は(a)中AA線の断面を含む概略図である。
【図3】下部クラッド層上にコア層が形成された状態の基板を示す概略図であり、(a)は斜視図であり、(b)は(a)中BB線の断面を含む概略図である。
【図4】コア層がエッチングされた状態の基板を示す概略図であり、(a)は斜視図であり、(b)は(a)中CC線の断面を含む概略図である。
【図5】コア層及び下部クラッド層上に上部クラッド層が形成された状態の基板を示す概略図であり、(a)は斜視図であり、(b)は(a)中DD線の断面を含む概略図である。
【図6】基板上面にヒータ及び電極が設けられたPLCの概略図であり、(a)は斜視図であり、(b)は(a)中EE線の断面を含む概略図である。
【図7】本実施形態のPLC及び制御用の電気回路基板の一例を示す概略図である。
【図8】本実施形態のPLC及び制御用の電気回路基板の他の一例を示す概略図である。
【図9】従来のPLC及び電気回路基板を示す概略図である。
【図10】従来のPLCが電気回路基板に実装された状態を示す概略図である。
【図11】従来のPLCが保護ケースに収納された状態を示す概略図である。
【符号の説明】
1‥‥基板型光導波路部品、2‥‥基板、3‥‥コア、4‥‥電極、7,17‥‥電気回路基板、8,18‥‥エッジコネクタ、21‥‥基板の一方の表面、22‥‥基板の側端部、41‥‥電極の一端

Claims (3)

  1. コアとコアの周囲にコアよりも屈折率の低い領域とを平面状に配置した基板型光導波路部品であって、
    基板の一方の表面に1以上の電極が設けられ、前記電極の一端が基板の同一の側端部に延びていることを特徴とする基板型光導波路部品。
  2. 前記電極の一端が側端部に沿って配列していることを特徴とする請求項1に記載の基板型光導波路部品。
  3. 請求項1又は2に記載の基板型光導波路部品を電気回路基板に設けられたエッジコネクタに挿入し、前記基板型光導波路部品の電極の一端と前記エッジコネクタの電極とを接続したことを特徴とする複合基板。
JP2003116807A 2003-04-22 2003-04-22 基板型光導波路部品、複合基板 Pending JP2004325548A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2012042648A (ja) * 2010-08-18 2012-03-01 Dainippon Screen Mfg Co Ltd 空間光変調器および露光装置
JP2015055840A (ja) * 2013-09-13 2015-03-23 富士通オプティカルコンポーネンツ株式会社 光モジュールおよび光送信機

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