JP4553026B2 - 光伝送装置 - Google Patents

Description

本発明は、モバイル機器などに利用する、光伝送装置に関する。

近年、電子機器の高性能化に伴い、従来の電気配線ではデータ伝送速度やノイズ低減への対応が困難になってきており、機器装置間、機器装置内のボード間、チップ間において光配線を行なうことが注目されている。この光配線を実現させるために高速性や量産性に優れた面型発光素子、特にＶＣＳＥＬ素子がインターコネクション用途や光通信用用途に使われる。そして、このような発光素子を光導波路デバイスと組み合わせてパッケージ化することが行われる。このような光導波路デバイスでは、光導波路中で光路を変換するために、ミラー面が構成され、このミラー面を導電性膜で覆うことが行われることがある。このように光素子近傍に電気的に浮いている導電性の部材が用いられると、導電性部分と光素子との間の電気的なカップリングにより、導電性部分にのったノイズが光素子にノイズを与えたり、光素子の電気的信号が他の光素子に影響を与える電気的なクロストークが発生したりする。

電気的光学的なクロストークを抑制するために、例えば、特許文献１、２では、素子間の距離が大きくなるように光伝送路ピッチを広げている。また、特許文献３では、素子間に仕切を配置して電気的光学的クロストークを抑制している。

特開２００３−２３２９４４公報

特開２００３−２３２９６７公報

特開２００１−３５６２２８公報

本発明は、電気的ノイズ及び電気的クロストークの抑制された光伝送装置を提供することを課題とする。

本発明の第１の態様の光伝送装置は、光を導く光導波路コアと、前記光導波路コアを包囲するクラッド部と、前記クラッド部の端面に構成され、前記光導波路コアを通過する光の光路を変換させるミラー面と、前記ミラー面を覆うように形成された導電性膜と、を有する光導波路デバイスと、前記光導波路デバイスを搭載する基板と、所定電位が確保された基準電位部材と、前記導電性膜と前記基準電位部材とを電気的に接続する接続部材と、を備え、前記基準電位部材は前記基板上に配置され前記光導波路デバイスを上部に搭載するマウント部材として構成され、前記接続部材は前記導電性膜と前記基準電位部材の両方に接触するように配置された導電性物質を含んで構成され、前記クラッド部の前記光導波路コアの長手方向に沿った側面には、面取り形状にカットされた傾斜面が構成され、前記導電性膜は、前記ミラー面から延長されて前記クラッド部の前記端面、前記傾斜面、及び前記傾斜面と連続される上面の一部まで形成されている。

本態様の光導波路デバイスは、クラッド部の端面にミラー面が構成されており、このミラー面で光導波路コアを通過する光の光路が変換される。そして、このミラー面は、導電性膜で覆われている。この導電性膜は、所定の電位が確保された基準電位部材と電気的に接続されているので、導電性膜の電位は所定の電位となり、導電性部分と光素子との電気的なカップリングにより導電性部分にのったノイズが光素子に与えるノイズ、光素子の電気信号が他の光素子に影響を与える光素子間の電気的クロストークを抑制することができる。

本発明によれば、光路が変換される部分が導電性であることに起因する電気的ノイズ及び電気的クロストークを抑制することができる。

［第１実施形態］

以下、図面を参照して本発明の第１実施形態を詳細に説明する。

図１及び図２には、本実施形態に係る光導波路デバイス、光伝送装置の概略構成図が示されている。光伝送装置１０は、光導波路デバイス２０、発光素子３０、受光素子４０及び、基板５０を備えている。

光導波路デバイス２０は、長方形板状のクラッド部２２を備えている。クラッド部２２は、光導波路デバイス２０の本体をなす部分であり、透明樹脂などで構成することができる。また、本実施形態では、クラッド部を長方形板状とした例で説明しているが、クラッド部は他の形状とすることもできる。

長方形板状とされたクラッド部２２は、厚み方向に互いに向き合う上面２２Ａ、入出射面２２Ｂ、長手方向に互いに向き合う一端面２２Ｃ、他端面２２Ｄ、及び、長手方向に配置された側面２２Ｅ、２２Ｆ、を備えている。クラッド部２２の一端面２２Ｃは、入出射面２２Ｂに対して４５度の角度で切り落とされた面一形状とされている。クラッド部２２の内部には、光導波路コア２５が構成されている。光導波路コア２５は、クラッド部２２よりも屈折率の高い材料で構成されており、光路となる。

光導波路コア２５は、クラッド部２２の長手方向に２本配置されている。２本の光導波路コア２５は、互いに平行に配置されており、一端面２２Ｃから他端面２２Ｄにかけて形成されている。他端面２２Ｄには、光導波路コア２５の第１入出力口２５Ａが構成されている。

一端面２２Ｃは、入出射面２２Ｂと４５°の角度をなしており、図３（Ｂ）にも示すように、光導波路コア２５を通過する光が９０度の角度で光路変換されるミラー面２４が構成されている。すなわち、光導波路コア２５からの光、及び、入出射面２２Ｂ側から入射された光が、ミラー面２４で光路変換される。すなわち、ミラー面２４は、光の光路を変換する光路変換面として機能している。なお、ここで４５度の角度は、機械的精度上、例えば±１０％程度振れていても良い。ミラー面２４は、ダイシングソーまたはレーザーを用いて切断することにより構成したり、成型により構成することができる。

ミラー面２４（一端面２２Ｃ）、及び、上面２２Ａの一端面２２Ｃ側には、導電性膜２７が構成されている。導電性膜２７としては、例えば、金、銀、銅、及び、これらのいずれかの合金などを使用することができ、光反射率の高い材料であることが好ましい。導電性膜２７は、蒸着、スパッタリングなどにより、金属を着膜させることにより形成することができる。

基板５０は、長方形板状とされ、上面側に、発光素子３０、受光素子４０及び、サブマウント５２が配置されている。なお、サブマウント５２は、基板５０と一体となっていてもよい。また、基板に代えてパッケージを用いることもできる。

発光素子３０は、発光部３４、及び、電極パッド３６を備えている。発光部３４及び電極パッド３６は、発光素子３０の上面に配置されている。本実施形態では、発光素子３０として面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ；Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ）を用いることとする。なお、発光素子としては、面発光レーザに限定されるものではなく、ＬＥＤやその他の発光素子を用いることもできる。

電極パッド３６は、発光素子３０と電気的に接続されていると共に、ワイヤ３８を介して基板５０上の電極３９と接続されている。電極３９、ワイヤ３８、電極パッド３６を通じて電気信号が発光素子３４へ送られ、発光部３４からレーザ光が発光される。

受光素子４０は、受光部４４、及び、電極パッド４６を備えている。受光部４４及び電極パッド４６は、受光素子４０の上面にが配置されている。本実施形態では、受光素子４０としてフォトダイオードを用いることとする。なお、受光素子としては、フォトダイオードに限定されるものではなく、その他の受光素子を用いることもできる。

電極パッド４６は、受光素子４０と電気的に接続されていると共に、ワイヤ４８を介して基板５０上の電極４９と接続されている。受光部４４で受光された光は、電気信号に変換され、電極パッド４６、ワイヤ４８、電極４９を通じて出力される。

サブマウント５２は、長方形板状とされ、発光素子３０、受光素子４０よりもわずかに高くなる厚みとされている。図２に示すように、サブマウント５２は、基板５０の上面２２Ａの他端面２２Ｄ側に配置され、発光素子３０及び受光素子４０は、基板５０上に配置されている。光導波路デバイス２０は、サブマウント５２上に載せられ、発光部３４からの光が光導波路コア２５へ入射され、光導波路コア２５からの光が受光部４４で受光される位置に配置されている。

基板５０上には、基準電位パッド５４が設けられている。基準電位パッド５４は、不図示の接地部材と接続されておりＧＮＤ電位とされている。基準電位パッド５４と導電性膜２７とは、接続ワイヤ５５で電気的に接続されている。したがって、導電性膜２７は、ＧＮＤ電位に保たれている。接続ワイヤ５５の一端部と他端部は、各々、基準電位パッド５４と導電性膜２７とにボンディングされている。導電性膜２７と接続ワイヤ５５とのボンディング位置Ｐ１は、上面２２Ａのサブマウント５２上に配置されている部分に形成されている。

上記構成の光伝送装置１０では、電極３９、ワイヤ３８、電極パッド３６を経て、電気信号が発光部３４へ入力され、発光部３４より光ビームが出力される。出力された光ビームは、入出射面２２Ｂから入射される。入出射面２２Ｂから入射された光は、ミラー面２４で反射されて光路を変換させ、光導波路コア２５内を通り、第１入出力口２５Ａ側へ導かれる。

また、不図示の外部からの光が、他方の第１入出力口２５Ａ側より光導波路コア２５へ入射され、ミラー面２４で反射されて光路を９０度変換させ、入出射面２２Ｂから出射され、受光部４４で受光される。受光部４４で受光された光は、電気信号に変換され、電極パッド４６、ワイヤ４８、電極４９を通じて出力される。

本実施形態のように、ミラー面２４が導電性膜２７で覆われていれば、ミラー面２４を結露や埃から保護することができる。また、ミラー面２４が導電性膜２７で覆われていれば、光導波路デバイス２０の外側を樹脂で封止する構成とすることもできる。このように導電性膜２７を構成した場合、導電性の膜が光素子の近傍に配置されることになり、ノイズが生じやすくなったり、導電性膜を介してのクロストークが生じやすくなったりするが、本実施形態では、導電性膜２７をＧＮＤ電位としているので、このようなノイズやクロストークを抑制することができる。

なお、本実施形態では、導電性膜２７をＧＮＤ電位としたが、導電性膜２７は一定電位に保たれていれば、必ずしもＧＮＤ接地でなくてもよい。したがって、基準電位パッド５４を、接地部材ではなく、他の一定電位に保たれる部材と接続してもよい。

また、本実施形態では、基準電位パッド５４を、基板５０上に設けた例について説明したが、一定電位に保たれる基準電位パッド５４は、図３に示すように、サブマウント５２上に設けてもよい。さらに、サブマウント５２自体を導電性部材で構成して基準電位とし、導電性膜２７と接続することにより、導電性膜２７を基準電位としてもよい。

また、本実施形態では、導電性膜２７と基準電位パッド５４と接続ワイヤ５５で接続したが、接続部材としては、必ずしも接続ワイヤを用いる必要はなく、他の導電性部材、例えば、導電性ペースト、導電性膜、導電性テープ、導電性の止め具等で構成してもよい。この場合には、図４に示すように、基板５０上の基準電位パッド５４をサブマウント５２を挟む両側（側面２２Ｅ、２２Ｆの各々の外側）に設け、導電性部材５６を一方の基準電位パッド５４から他方の基準電位パッド５４まで導電性膜２７の部分を横断するように配置して、導電性膜２７と基準電位パッド５４とを接続してもよい。なお、図５に示すように、基準電位パッド５４を、サブマウント５２の片側のみ（側面２２Ｅ、２２Ｆのいずれか一方の外側、図４では側面２２Ｆ側）に設け、導電性部材５６で導電性膜２７と基準電位パッド５４とを接続してもよい。

また、サブマウント５２を導電性部材で構成して基準電位とした場合には、図６に示すように、導電性部材５６を光導波路デバイス２０の側面２２Ｅから側面２２Ｆまでを横断するように配置して、サブマウント５２と導電性膜２７とを接続してもよいし、図７に示すように、光導波路デバイス２０の片側のみ（側面２２Ｅ、２２Ｆのいずれか一方の外側、図６では側面２２Ｆ側）でサブマウント５２と導電性膜２７とを接続してもよい。

さらに、サブマウント５２を導電性部材で構成して基準電位とした場合には、図８（Ａ）に示すように、サブマウント５２上に直接導電性部材５６を配置する。そして、導電性部材５６の上に光導波路デバイス２０を載せて、側面２２Ｅ、２２Ｆの外側からはみ出す導電性部材５６を、図８（Ｂ）に示すように、上面２２Ａに達する位置まで這い上がらせて、導電性部材５６を導電性膜２７に接触させ、導電性膜２７とサブマウント５２とを接続してもよい。

また、図９に示すように、光導波路デバイス２０の側面２２Ｅ、２２Ｆを面取り形状にカットまたは成型した傾斜面とし、導電性膜２７を側面２２Ｅ、２２Ｆにも形成するようにしてもよい。この場合には、サブマウント５２上に光導波路デバイス２０を載せることにより、面取り形状部分の導電性膜２７がサブマウント５２の上面と接近した高さとなるので、導電性部材で構成されたサブマウント５２と導電性膜２７とを、導電性ペーストなど前述した導電性部材５６を上面２２Ａまで這い上がらせることなく、容易に接続することができる。

また、光導波路デバイス２０の側面２２Ｅ、２２Ｆを面取り形状にカットまたは成型した傾斜面とした場合にも、サブマウント５２を導電性部材で構成して基準電位とした場合には、図１０に示すように、サブマウント５２上に導電性部材５６を配置し、その上に光導波路デバイス２０を載せて、側面２２Ｅ、２２Ｆの外側からはみ出す導電性部材５６を側面２２Ｅ、２２Ｆと接触させて、導電性膜２７とサブマウント５２とを接続してもよい。

また、図１１に示すように、上面２２Ａの導電性膜２７の形成された部分で、光導波路コア２５が形成されていないクラッド部２２を厚み方向に貫通して貫通孔２２Ｈを構成し、この貫通孔２２Ｈに導電性ペーストを充填して、導電性膜２７と基準電位とされたサブマウント５２とを接続してもよい。

また、図１２に示すように、一端面２２Ｃ上に形成された導電性膜２７と基準電位パッド５４とを接続してもよい。この場合には、発光素子３０の外側、及び、受光素子４０の外側に、各々基準電位の確保された基準電位台５９を設け、この基準電位台５９の上に光導波路デバイス２０を載せて、導電性膜２７と基準電位台５９とを、導電性部材５６で接続することができる。

また、図１３に示すように、基板５０上で光導波路デバイス２０の光路変換部分側（ミラー面２４側）を封止するカバー６０を設け、基準電位パッド５４に変えて、カバー６０の少なくとも一部を導電性部材とすると共に所定の電位にして、導電性プレート６２などで、カバー６０の導電部と導電性膜２７の上面２２Ａ側部分とを接続してもよい。

また、本実施形態では、光導波路デバイスとして、２本の光導波路コアが平行に構成された例をあげて説明したが、光導波路コアは、図１４に示すように、１本でも、図１５に示すように、３本以上であってもよい。

すなわち、図１４に示すように、１本の光導波路コア２５へ光ビームを出射する発光素子を複数（多素子）とし、各々の発光部分を光導波路コア２５に対応する位置に配置する構成としてもよい。

また、図１５（Ａ）に示すように、１の発光素子３０上に複数の発光部３４（または受光部４４）を配列し、各々の発光部３４（受光部４４）と各光導波路コア２５とを対応させて配置する構成とすることも、図１５（Ｂ）に示すように、複数の発光素子３０に各々設けられた発光部３４（受光部４４）と光導波路コア２５と対応する位置に配置する構成とすることもできる。

また、本実施形態では、ミラー面２４を４５度の角度として、光路を９０度変換させる例について説明したが、ミラー面を他の角度に構成して、光路を他の角度で変換させてもよい。
また、複数の導波コアは、互いに平行に配置されていなくてもよい。
また、本実施形態では、クラッド部２２の他端面２２Ｄから光が入出射される構成について説明したが、図１６及び図１７示すように、他端面２２Ｄについても入出射面２２Ｂと４５度の角度が構成されるようにしてミラー面２４を構成し、ミラー面２４で光路変換を行って、入出射面２２Ｂから光を入出射させる構成としてもよい。また、その際入出射面２２Ｂに入射させる発光素子、入出射面２２Ｂから出射する光を受光する受光素子を配置してもよい。

また、本実施形態では、発光素子の電極パッド、受光素子の電極パッドは、基板上の電極と接続する例について説明したが、基板上の電極ではなく、ドライバＩＣやアンプＩＣなどのＩＣのパッドと接続する構成としてもよい。

また、本発明は、光路変換部を有する光電融合基板や、光ファイバーボードに適用することもできる。

［第２実施形態］
次に、第２実施形態について説明する。第２実施形態については、第１実施形態と同一の部分については同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。

図１８に示すように、本実施形態に係る光伝送装置７０は、光導波路デバイス７１、光路変換部７４、カバー７８、発光レーザ部３０、受光部４０及び、基板５０を備えている。発光レーザ部３０、受光部４０及び、基板５０については、第１実施形態と同様の構成とされている。

光導波路デバイス７１は、長方形板状のクラッド部７２を備えている。クラッド部７２は、光導波路デバイス７０の本体をなす部分であり、透明樹脂フィルムなどで構成することができる。クラッド部７２の内部には、光導波路コア７３が構成されている。光導波路コア７３屈折率の高い材料で構成されており、光路となる。光導波路コア７３は、クラッド部７２の長手方向に２本配置されている。２本の光導波路コア７３は、互いに平行に配置されており、クラッド部７２の長手方向の両端面には、光導波路コア７３の入出力口７３Ａが構成されている。

光導波路コア７３の延長上と、発光素子３０、受光素子４０の光軸との交差部分には、ミラー部材７５が配置されている。ミラー部材７５は導電性部材で構成されており、光導波路コア７３の光路と、発光素子３０、受光素子４０の光路とを９０度の角度変換させる角度でミラー面７５Ａが表面に構成されている。ミラー部材７５は、少なくとも一部が導電性である連結部材７６に取り付けられており、連結部材７６によって、カバー７８と連結されている。ミラー部材７５は連結部材７６の導電部と接続されている。ミラー部材７５と連結部材７６とで、変換部７４が構成されている。

カバー７８は、基板５０上に配置され、内部に、光導波路デバイス７１、変換部７４、発光素子３０、及び、受光素子４０が収納されている。カバー７８は少なくとも一部が導電性とされており、少なくとも一部が接地されている。連結部材７６の導電部はカバー７８の導電部と接続されている。したがって、ミラー部材７５は、ＧＮＤ電位とされている。

上記構成の光伝送装置７０では、電極３９、ワイヤ３８、電極パッド３６を経て、電気信号が発光素子３０へ入力され、発光素子３０より光ビームが出力される。出力された光ビームは、ミラー面７５Ａで光路を９０度変換させ、光導波路コア７３へ入射される。また、不図示の外部からの光が、光導波路コア７３へ入射され、ミラー面７５Ａで変換されて光路を９０度変換させ、光が受光素子４４で受光される。受光素子４４で受光された光は、電気信号に変換され、電極パッド４６、ワイヤ４８、電極４９を通じて出力される。

本実施形態のように、ミラー面７５Ａを構成するミラー部材７５が導電性部材で構成されている場合でも、ＧＮＤ電位としているので、ノイズやクロストークを抑制することができる。

第１実施形態の図１に示す構成の光伝送装置において、基板５０上に配置された光導波路デバイス２０、発光素子３０、及び、受光素子４０を樹脂封止し、２本の光導波路コア２５の間隔を１ｍｍとする。この光伝送装置を用いて、導電性膜２７を接地した場合と、接地しない場合とについて、光量とビットエラーレート（ＢＥＲ）の関係を測定する。

図１９のグラフにおいて、Ａが接地をした場合であり、Ｂが接地をしない場合である。このグラフから明らかなように、接地した場合には、光量が少なくてもビットエラーレートは少なく、良好な信号を得ることができる。

本発明の第１実施形態に係る光伝送装置の分解斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る光伝送装置の（Ａ）は上面図であり、（Ｂ）は側面図である。 本発明の第１実施形態に係る光伝送装置の変形例の（Ａ）は上面図であり、（Ｂ）は側面図である。 本発明の第１実施形態に係る光伝送装置の他の変形例の上面図である。 本発明の第１実施形態に係る光伝送装置の他の変形例の上面図である。 本発明の第１実施形態に係る光伝送装置の他の変形例の上面図である。 本発明の第１実施形態に係る光伝送装置の他の変形例の上面図である。 本発明の第１実施形態に係る光伝送装置の他の変形例の（Ａ）は上面図であり、（Ｂ）は側面図である。 本発明の第１実施形態に係る光伝送装置の他の変形例の（Ａ）は上面図であり、（Ｂ）は側面図である。 本発明の第１実施形態に係る光伝送装置の他の変形例の（Ａ）は上面図であり、（Ｂ）は側面図である。 本発明の第１実施形態に係る光伝送装置の他の変形例の（Ａ）は上面図であり、（Ｂ）は側面図である。 本発明の第１実施形態に係る光伝送装置の他の変形例の（Ａ）は上面図であり、（Ｂ）は側面図である。 本発明の第１実施形態に係る光伝送装置の他の変形例の側面図である。 本発明の第１実施形態に係る光伝送装置の他の変形例の上面図である。 本発明の第１実施形態に係る光伝送装置の他の変形例の上面図である。 本発明の第１実施形態に係る光伝送装置の変形例の分解斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る光伝送装置の変形例の（Ａ）は上面図であり、（Ｂ）は側面図である。 本発明の第２実施形態に係る光伝送装置の側面図である。 導電性膜を接地した場合と接地しない場合とで、ビットエラーレートと光量との関係を比較するグラフである。

符号の説明

１０ 光伝送装置
２０ 光導波路デバイス
２２ クラッド部
２２Ｃ 一端面
２４ ミラー面
２５ 光導波路コア
２７ 導電性膜
３０ 発光素子
３４ 発光部
４０ 受光素子
４４ 受光部
５０ 基板
５２ サブマウント
５４ 基準電位パッド
５５ 接続ワイヤ
５６ 導電性部材
７０ 光伝送装置
７０ 光導波路デバイス
７１ 光導波路デバイス
７２ クラッド部
７３ 光導波路コア
７５ ミラー部材
７５Ａ ミラー面
７６ 連結部材
７８ カバー

Claims (1)

1. 光を導く光導波路コアと、
   前記光導波路コアを包囲するクラッド部と、
   前記クラッド部の端面に構成され、前記光導波路コアを通過する光の光路を変換させるミラー面と、
   前記ミラー面を覆うように形成された導電性膜と、
   を有する光導波路デバイスと、
   前記光導波路デバイスを搭載する基板と、
   所定電位が確保された基準電位部材と、
   前記導電性膜と前記基準電位部材とを電気的に接続する接続部材と、
   を備え、
   前記基準電位部材は前記基板上に配置され前記光導波路デバイスを上部に搭載するマウント部材として構成され、
   前記接続部材は前記導電性膜と前記基準電位部材の両方に接触するように配置された導電性物質を含んで構成され、
   前記クラッド部の前記光導波路コアの長手方向に沿った側面には、面取り形状にカットされた傾斜面が構成され、
   前記導電性膜は、前記ミラー面から延長されて前記クラッド部の前記傾斜面、及び前記傾斜面と連続される上面の一部まで形成されている、光伝送装置。

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