光モジュールおよび光結合方法
【課題】 光導波路と受光素子の光結合における光損失の低減、および、受光素子の応答の高速化を図る。
【解決手段】 光モジュール１は、光導波路３と、受光素子４とを有する。ここで、互いに直交する二方向であり、かつ、光信号の伝送方向にもそれぞれ直交する二方向をα方向とβ方向とする。光導波路３の出射端面６は、α方向とβ方向の一方向（例えばα方向）よりも他方向（β方向）の長さが長い形状である。受光素子４の受光面８は、出射端面６から出射した光信号のα方向とβ方向のそれぞれの拡がり角θα，θβ、および、出射端面６と受光面８との間隔Ｌ6-8が関与する受光面８での光信号の遠視野像に応じた形状および大きさを有している。
【解決手段】 光モジュール１は、光導波路３と、受光素子４とを有する。ここで、互いに直交する二方向であり、かつ、光信号の伝送方向にもそれぞれ直交する二方向をα方向とβ方向とする。光導波路３の出射端面６は、α方向とβ方向の一方向（例えばα方向）よりも他方向（β方向）の長さが長い形状である。受光素子４の受光面８は、出射端面６から出射した光信号のα方向とβ方向のそれぞれの拡がり角θα，θβ、および、出射端面６と受光面８との間隔Ｌ6-8が関与する受光面８での光信号の遠視野像に応じた形状および大きさを有している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光導波路と当該光導波路から出射した光を受ける受光素子とを有する光モジュールおよび光結合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１０は、光モジュールの一例を模式的に表す平面図である（特許文献１参照）。この光モジュール６０は、双方向光通信モジュールである。当該光モジュール６０は、光導波路素子６１と、回路部６２とを有している。
【０００３】
光導波路素子６１は、透明基板（クラッド）７０と、当該透明基板７０に形成された送信用の光導波路（コア）７１および受信用の光導波路（コア）７２とを有する。送信用の光導波路７１の両端面７１ａ，７１ｂのうち、一方の端面７１ａは、光信号が入射する入射端面として機能する。光導波路７１の他方の端面７１ｂは、光信号を出射する出射端面として機能する。この出射端面７１ｂに対向して光ファイバ７３の端面７３ａが配置される。出射端面７１ｂから出射した光信号は、光ファイバ７３の端面７３ａに入射し、当該光ファイバ７３によって目的の送信相手に向けて伝送される。
【０００４】
受信用の光導波路７２の両端面７２ａ，７２ｂのうち、一方の端面７２ｂと、光ファイバ７３の端面７３ａとは、互いに対向して配置される（換言すれば、光ファイバ７３の端面７３ａは、送信用の光導波路７１の端面７１ｂおよび受信用の光導波路７２の端面７２ｂの両方の端面に対向している）。受信用の光導波路７２の端面７２ｂは、光ファイバ７３の端面７３ａから出射した光信号が入射する入射端面として機能する。光導波路７２の他方の端面７２ａは、光信号を出射する出射端面として機能する。
【０００５】
回路部６２は、発光素子６４と、駆動回路６５と、受光素子６６と、増幅回路６７とを有している。それら発光素子６４と駆動回路６５と受光素子６６と増幅回路６７は、共通の回路基板６８に形成される。
【０００６】
発光素子６４は、例えば半導体レーザ素子であり、駆動回路６５から出力された送信信号（電気信号）を光信号に変換し当該光信号を発光部６４ａから出射する機能を有する。その発光部６４ａと、送信用の光導波路７１の入射端面７１ａとは、対向配置し、発光部６４ａから出射した光信号は、入射端面７１ａから送信用の光導波路７１に入射する。
【０００７】
受光素子６６は、光を受ける受光部６６ａを有する。その受光部６６ａは、受信用の光導波路７２の出射端面７２ａと対向配置して当該出射端面７２ａから出射した光信号を受光する。受光素子６６は、その受光した光信号を電気信号に変換し当該電気信号を出力する機能を有する。特許文献２には、受光素子の一つであるＰＮ接合フォトダイオードの一例が示されている。
【０００８】
増幅回路６７は、受光素子６６から出力された電気信号を増幅する回路である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−３８５５号公報
【特許文献２】特開２００３−３１８４３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
近年、光通信のより一層の高速化が要求されている。この要求に応じて、受光素子における光−電気の変換速度（応答速度）の高速化の技術が検討されている。
【００１１】
また、図１０に示されるように、光導波路７２の出射端面７２ａと、受光素子６６の受光面６６ａとの間には、電気配線等に起因して隙間が生じてしまう。この隙間のために、光導波路７２と受光素子６６との光結合における光損失が発生してしまう。
【００１２】
本発明は上記課題を解決するためになされた。すなわち、本発明の目的は、光導波路と受光素子の光結合における光損失の低減、および、受光素子の応答の高速化を図ることができる光モジュールおよび光結合方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の光モジュールは、
光信号を伝送する光導波路と、
当該光導波路における光信号を出射する出射端面と間隙を介して配置され前記出射端面から出射した光信号を受ける受光面を有する受光素子と
を備え、
互いに直交する二方向であり、かつ、前記光信号の伝送方向にもそれぞれ直交する二方向をα方向とβ方向とした場合に、前記出射端面は、前記α方向と前記β方向のうちの一方向の長さが他方向の長さよりも長い形状であり、
前記受光面は、前記出射端面から出射した光信号の前記α方向と前記β方向のそれぞれの拡がり角、および、前記出射端面と前記受光面との間隔が関与する前記受光面での光信号の遠視野像に応じた形状および大きさを有している。
【００１４】
本発明の光結合方法は、
互いに直交する二方向であり、かつ、光信号を伝送する光導波路の光信号の伝送方向にもそれぞれ直交する二方向をα方向とβ方向とした場合に、前記光導波路における光信号を出射する出射端面を、前記α方向と前記β方向のうちの一方向の長さが他方向の長さよりも長い形状にし、
前記出射端面から出射した光信号を受ける受光素子は、前記出射端面から出射した光信号の前記α方向と前記β方向のそれぞれの拡がり角、および、前記出射端面との間隔が関与する光信号の遠視野像に応じた形状および大きさを持つ受光面でもって光信号を受ける。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、光導波路と受光素子の光結合における光損失の低減、および、受光素子の応答の高速化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る第１実施形態の光モジュールを模式的に表す図である。
【図２】本発明に係る第２実施形態の光モジュールの説明に利用する図である。
【図３】図２に示される光導波路の出射端面から出射した光信号の近視野像の一例を表すモデル図である。
【図４】光導波路の出射端面から出射した光信号の拡がり角を説明する図である。
【図５】受光素子の受光面の一形態例を表す図である。
【図６】本発明に係る第２実施形態の効果の説明に利用する図である。
【図７】本発明に係る第３実施形態の光モジュールを模式的に表す図である。
【図８】本発明に係るその他の実施形態の説明に利用する図である。
【図９】本発明に係るさらにその他の実施形態を表す図である。
【図１０】光モジュールの一形態例を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、本発明に係る実施形態を図面を参照して説明する。
【００１８】
（第１実施形態）
図１（ａ）は、本発明に係る第１実施形態の光モジュールを簡略化して表したモデル図である。第１実施形態の光モジュール１は、光導波路３と、受光素子４とを備えている。
【００１９】
光導波路３は、例えば石英ガラス等により構成され光信号を伝送する光の通路である。この光導波路３は、光信号を出射する出射端面６を有する。ここで、図１（ａ）に示されるα方向（紙面に平行な方向）とβ方向（紙面に垂直な方向）を次のように定義する。つまり、α方向とβ方向は、互いに直交する二方向であり、かつ、光導波路３を伝送する光信号の伝送方向Ａにもそれぞれ直交する二方向である。
【００２０】
図１（ｂ）は、光導波路３と受光素子４におけるβ方向から見た態様を模式的に表す図である。図１（ａ），（ｂ）に示されるように、光導波路３の出射端面６は、α方向とβ方向のうちの一方向の長さが他方向の長さよりも長い形状である。つまり、図１（ａ），（ｂ）に示される例では、出射端面６の形状は、α方向の長さＬ6αよりもβ方向の長さＬ6βが長い形状となっている。
【００２１】
受光素子４は、光導波路３の出射端面６と間隙を介し向き合って配置される。この受光素子４は、出射端面６から出射した光信号を受ける受光面８を有する。この受光面８は、出射端面６から出射した光信号のα方向の拡がり角θαとβ方向の拡がり角θβ、および、出射端面６と受光面８との間隔Ｌ6-8が関与する受光面８での前記光信号の遠視野像に応じた形状および大きさを有している。これにより、受光面８は、α方向の長さＬ8αがβ方向の長さＬ8βよりも長い形状を有している。
【００２２】
この第１実施形態の光モジュール１は、次のような効果を得ることができる。すなわち、光導波路３の出射端面６の形状は、α方向とβ方向のうちの一方向の長さが他方向の長さよりも長い形状である。これにより、光導波路３の出射端面６から出射した光信号におけるα方向とβ方向のうちの一方向の拡がり角を他方向の拡がり角よりも小さく抑制できる。具体的には、図１（ａ），（ｂ）に示す例では、出射端面６のβ方向の長さＬ6βは、出射端面６のα方向の長さＬ6αよりも長くなっている。その出射端面６の長さが長い方のβ方向の光信号の拡がり角θβは、短い方のα方向の光信号の拡がり角θαよりも小さく抑制される。このように光信号の拡がり角を抑制できることによって、光導波路３と受光素子４の光結合における光損失を低減できる。
【００２３】
また、上記のように光信号の拡がりを抑制できる結果、出射端面６におけるα方向とβ方向の各長さが等しい場合に比べて、受光素子４の受光面８での遠視野像を小さくできる。これにより、受光面８の面積（受光面積）を小さくできる。その受光面積は、受光素子４の応答速度に関与しており、当該受光面積が小さくなるにつれて応答速度が速くなる。この第１実施形態では、上記のように、受光素子４の受光面積を小さくできるので、受光素子４の応答速度を速くできる。
【００２４】
よって、この第１実施形態の光モジュール１は、光導波路と受光素子の光結合における光損失の低減、および、受光素子の応答の高速化を図ることができるという効果を得ることができる。
【００２５】
（第２実施形態）
以下に、本発明に係る第２実施形態を説明する。
【００２６】
図２（ａ）は、第２実施形態の光モジュールを模式的に表す平面図である。この第２実施形態の光モジュール１０は、受信モジュールである。当該光モジュール１０は、ＰＬＣ（Planar Lightwave Circuit（平面光回路））素子１１と、受光素子１２とを有している。
【００２７】
ＰＬＣ素子１１は、基板（例えば石英系透明基板（クラッド））１３と、当該基板１３に形成されている光導波路（コア）１４とを有する。光導波路１４は、例えば１．５５μｍ波長の光信号を伝送する伝送路である。図２（ａ）の例では、光導波路１４は、幹導波路１４Ｋと、複数の分岐導波路１４ａ〜１４ｄとを有する。複数の分岐導波路１４ａ〜１４ｄは、幹導波路１４Ｋに共通に接続されている。ここでは、幹導波路１４Ｋの端面１４inは、光信号の入射端面である。また、各分岐導波路１４ａ〜１４ｄの各端面１４outは、それぞれ、光信号の出射端面である。つまり、光導波路１４は、光信号の分配機能を有する。この光導波路１４において、入射端面１４inから入射した光信号は、幹導波路１４Ｋを通った後に各光導波路１４ａ〜１４ｄに分配され、各光導波路１４ａ〜１４ｄの出射端面１４outからそれぞれ出射する。
【００２８】
ここで、α方向とβ方向を、第１実施形態と同様に定義する。すなわち、α方向とβ方向は、互いに直交する二方向であり、かつ、光信号の伝送方向に直交する二方向である。図２（ａ）では、紙面に直交する方向をα方向とし、紙面に平行な方向をβ方向とする。
【００２９】
図２（ｂ）は、図２（ａ）に示すＰＬＣ素子１１と受光素子１２におけるβ方向から見た態様を模式的に表す図である。図２（ｃ）は、出射端面１４outを模式的に表している。この第２実施形態では、出射端面１４outの形状は、α方向の長さＬ14αよりもβ方向の長さＬ14βが長い形状である。具体例を挙げると、出射端面１４outの形状は、α方向の長さＬ14αが５μｍ、β方向の長さＬ14βが１０μｍというような、α方向とβ方向との長さの比が１対２である矩形状（長方形状）である。
【００３０】
さらに、この第２実施形態では、光導波路１４の入射端面１４inは、出射端面１４outと同じ形状および大きさを有する。さらに、光導波路１４は、１カ所以上の湾曲部分１５を有している。その湾曲部分において、光信号の伝送方向に直交する断面の形状は、入射端面１４inや出射端面１４outと同じ形状および大きさを有する。さらにまた、光導波路１４における上記以外の部分も、分岐導波路１４ａ〜１４ｄと幹導波路１４Ｋの接続部分を除いて、光信号の伝送方向に直交する断面の形状が、入射端面１４inや出射端面１４outと同じ形状および大きさを有する。
【００３１】
この第２実施形態では、光導波路１４の出射端面１４outは、α方向よりもβ方向に長い長方形状である。このため、出射端面１４outから出射した光信号の近視野像（ＮＦＰ（near field pattern））は、図３に示されるように、β方向に長い楕円状パターン１７となる。
【００３２】
また、光導波路１４の出射端面１４outから空間に出射した光信号の拡がりは、次のようになる。すなわち、空間に出射した光信号の拡がりは光の干渉に基づくために、出射端面１４outが、前記のように、α方向よりもβ方向に長い長方形状であると、β方向の拡がり角はα方向の拡がり角よりも小さくなる。具体例を挙げると、例えば、出射端面１４outのα方向の長さＬ14αが５μｍ、β方向の長さＬ14βが１０μｍである場合に、図４（ａ）に示される光信号のα方向の拡がり角θαは約３４度である。これに対して、図４（ｂ）に示される光信号のβ方向の拡がり角θβは約１７度である。
【００３３】
受光素子１２は、光信号を受ける受光面１６を有し、当該受光面１６で受光した光信号に応じた電気信号を出力する機能（つまり、光−電気の変換機能）を持つ。当該受光素子１２は、例えばフォトダイオードであり、受光面１６は、ＰＮ（Positive Negative）接合領域である。このような受光素子１２は、受光面１６が光導波路１４の出射端面１４outに対向するように配置される。この第２実施形態では、複数の受光素子１２（１２ａ〜１２ｄ）が、それぞれ、分岐導波路１４ａ〜１４ｄに対応して配設される。
【００３４】
ところで、受光素子１２の受光面１６と、光導波路１４の出射端面１４outとの間には、電気配線等に起因した例えば３０μｍ以上の隙間がある。この隙間により、受光素子１２の受光面１６において、光導波路１４の出射端面１４outから出射した光信号は、図３に示されるような近視野像（ＮＦＰ）１７をフーリエ変換した図５に示されるような遠視野像（ＦＦＰ（far field pattern））１８となる。この遠視野像１８は、β方向よりもα方向に長い楕円状のパターン形状である。
【００３５】
受光素子１２の受光面１６は、その遠視野像１８に応じた形状および大きさを有する。例えば、受光面１６は、遠視野像１８と同様な形状を有し、かつ、光導波路１４と受光素子１２の位置合わせ工程におけるアライメント誤差を考慮した分、遠視野像１８よりも大きな大きさを持つ。
【００３６】
この第２実施形態の光モジュールでは、上記のように光導波路１４の出射端面１４outの形状は、α方向とβ方向の長さが同じではなく、β方向がα方向よりも長い長方形状となっている。これにより、次のような効果を得ることができる。すなわち、出射端面１４outのα方向とβ方向の各長さが等しい場合には、出射端面１４outから出射した光信号のα方向とβ方向の拡がり角は同様となる。これに対して、出射端面１４outのβ方向がα方向よりも長い場合には、出射端面１４outから出射した光信号のβ方向の拡がり角θβをα方向の拡がり角θαよりも抑えることができる。これにより、この第２実施形態の光モジュール１０は、光導波路１４と受光素子１２の光結合における光損失を抑制できるという効果を奏することができる。
【００３７】
また、上記のように、出射端面１４outの形状を長方形状にすることにより、受光素子１２の受光面１６を小さくできる。すなわち、仮に出射端面１４outの形状がα方向もβ方向も同じ長さである正方形状とすると、出射端面１４outにおける近視野像（ＮＦＰ）は、図６（ａ）の点線に示されるような円形状パターン２０となる。また、その遠視野像（ＦＦＰ）は、図６（ｂ）の点線に示されるような円形状パターン２１となる。
【００３８】
これに対して、出射端面１４outが長方形状である場合（その長方形状のα方向の長さは前記正方形状の一辺と同じだが、β方向の長さはそのα方向の長さよりも長い場合）には、出射端面１４outにおける近視野像は、図６（ａ）の実線に示されるような楕円状パターン１７となる。この楕円状パターンの近視野像１７は、円形状パターンの近視野像２０よりも大きい。
【００３９】
しかし、長方形状の出射端面１４outから出射した光信号のβ方向の拡がり角は前記の如く抑えられるから、楕円状の近視野像１７に対応する遠視野像は、図６（ｂ）の実線に示すような楕円形状のパターン１８となる。つまり、光信号のβ方向の拡がり角が抑制される分、円形状の遠視野像２１に比べて、楕円形状の遠視野像１８は、小さくなる。このため、受光素子１２の受光面１６を小さくできる。
【００４０】
その受光面１６の大きさは、受光素子１２における光−電気の変換速度に関連している。つまり、受光素子１２における光−電気の変換速度に関わる時定数は、受光素子１２の内部抵抗値Ｒと内部コンデンサ容量Ｃとの積に応じた値である。この時定数を小さくすることによって、受光素子１２の応答性（つまり、光−電気の変換速度）を速くできる。受光面１６と、受光素子１２の内部コンデンサ容量とは、受光面１６が小さくなるに従って受光素子１２の内部コンデンサ容量が小さくなるというような関係がある。このため、上記のように受光面１６を小さくできることによって、受光素子１２における光−電気の変換速度を速くできる。すなわち、この第２実施形態の光モジュール１０は、光信号の入射に対する電気信号の出力の応答性を向上できる。
【００４１】
さらに、この第２実施形態では、光導波路１４における湾曲部分１５の断面形状が出射端面１４outの形状と同様である。すなわち、その湾曲部分１５の断面形状はα方向よりもβ方向の長さが長い長方形状である。このため、β方向の長さがα方向の長さと同じである場合に比べて、β方向の光の閉じ込めが強くなる。換言すれば、光導波路１４からβ方向への光のしみ出しを小さく抑制できる。これにより、光の伝送損失の増加を防止しながら、光導波路１４における湾曲部分１５の曲がり具合を大きくできる。このことは、ＰＬＣ素子１１の小型化、換言すれば、光モジュール１０の小型化を促進させることができる。
【００４２】
（第３実施形態）
以下に、本発明に係る第３実施形態を説明する。
【００４３】
図７は、第３実施形態の光モジュールを模式的に表す平面図である。この第３実施形態の光モジュール２５は、受信モジュールであり、ＰＬＣ素子２６と、受光素子２７とを有している。
【００４４】
ＰＬＣ素子２６は、基板（例えば石英系透明基板（クラッド））３０と、この基板３０に形成された光導波路（コア）３１とを有する。この第３実施形態では、光導波路３１は、第２実施形態に述べた光導波路１４と同様に、光の分配機能を有するが、その光の分配に、ＭＭＩ（Multi Mode Interference（多モード干渉導波路））を用いている。
【００４５】
すなわち、この第３実施形態では、光導波路３０は、導波路３２，３４ａ，３４ｂと、ＭＭＩ３３，３５ａ，３５ｂと、テーパ状導波路３６ａ〜３６ｄとを有している。導波路３２の一端は光信号の入射端面３１inである。この入射端面３１inには、例えばマルチモードの光信号（１．５５μｍ波長帯の光信号）が入射する。導波路３２の他端は、ＭＭＩ３３の一端に接続している。このＭＭＩ３３は、一入力二出力の機能を有する。当該ＭＭＩ３３の二出力端は、それぞれ、導波路３４ａ，３４ｂの一端に接続している。各導波路３４ａ，３４ｂの他端は、それぞれ、ＭＭＩ３５ａ，３５ｂに接続している。ＭＭＩ３５ａ，３５ｂも、ＭＭＩ３３と同様に、一入力二出力の機能を有する。各ＭＭＩ３５ａ，３５ｂの二出力端は、それぞれ、テーパ状導波路３６ａ〜３６ｄの一端に接続している。各テーパ状導波路３６ａ〜３６ｄの他端は光信号の出射端面３１outである。
【００４６】
ＭＭＩ３３，３５ａ，３５ｂに光信号を導入する導波路３２，３４ａ，３４ｂは、光信号の伝送方向に直交する断面（以下、単に断面と記す）が、正方形、あるいは、正方形に近い形状である必要がある。このため、導波路３２，３４ａ，３４ｂの断面は、正方形、あるいは、正方形に近い形状である。具体例を挙げると、導波路３２，３４ａ，３４ｂは、一辺の長さが約５μｍの正方形状の断面を持つ導波路である。
【００４７】
ＭＭＩ３３，３５ａ，３５ｂは、入射した光信号を波長の差異によって２つに分配し各光信号をそれぞれ出射する機能を有する。
【００４８】
テーパ状導波路３６ａ〜３６ｄは、ＭＭＩ３５ａ，３５ｂに接続している一端から他端である出射端面３１outに向けて、図７に示されるように、β方向の長さが連続的に長くなっている。なお、α方向とβ方向は、第２実施形態で述べたα方向とβ方向と同様に定義されている。つまり、α方向とβ方向は、互いに直交する二方向であり、かつ、光信号の伝送方向にもそれぞれ直交する二方向である。図７では、紙面に直交する方向がα方向であり、紙面に平行な方向がβ方向である。
【００４９】
テーパ状導波路３６ａ〜３６ｄにおいて、具体例を挙げると、ＭＭＩ３５ａ，３５ｂに接続している一端の断面は、例えば、一辺が約５μｍの正方形状（つまり、導波路３２，３４ａ，３４ｂと同様の断面）である。これに対して、テーパ状導波路３６ａ〜３６ｄの各他端の断面、つまり、出射端面３１outは、例えば、α方向の長さが約５μｍであり、β方向の長さが約１０μｍである長方形状である。
【００５０】
すなわち、この第３実施形態における出射端面３１outは、第２実施形態における出射端面１４outと同様の形状を有している。
【００５１】
受光素子２７は、第２実施形態で述べた受光素子１２と同様の構成を有する。すなわち、受光素子２７は、受光面２８を有し、この受光面２８で受光した光信号に応じた電気信号を出力する機能を有する。この受光素子２７は、受光面２８が光導波路３１の出射端面３１outに対向する位置に配置される。前述したように、この第３実施形態における出射端面３１outは、第２実施形態における出射端面１４outと同様の形状を有している。このため、出射端面３１outから出射した光信号の受光面２８での遠視野像（ＦＦＰ）は、図５に示されるようなβ方向よりもα方向に長い楕円状パターン１８である。このことから、この第３実施形態においても、第２実施形態における受光素子１２の受光面１６と同様に、受光素子２７の受光面２８は、β方向よりもα方向に長い楕円状であり、その大きさは、遠視野像１８よりもアライメント誤差分、大きな大きさとなっている。
【００５２】
この第３実施形態においても、第２実施形態と同様に、光導波路３１の出射端面３１outは、α方向よりもβ方向に長い長方形状であるから、第２実施形態で述べたと同様の効果を得ることができる。すなわち、第３実施形態の光モジュール２５は、光導波路３１と受光素子２７との光結合における光損失の低減、および、受光素子２７の応答の高速化を図ることができるという効果を得ることができる。
【００５３】
（その他の実施形態）
なお、この発明は、第１〜第３の実施形態に限定されるものではなく、様々な実施の形態を採り得る。例えば、第３実施形態では、テーパ状導波路３６ａ〜３６ｄは、ＭＭＩ３５ａ，３５ｂに接続する一端から出射端面３１outに向かうに従ってβ方向の長さが長くなっていく態様である。これに対し、図８（ａ）、（ｂ）に示されるようなテーパ状導波路３８であってもよい。つまり、テーパ状導波路３８は、出射端面３８outに向かうに従ってβ方向の長さが短くなっていくテーパ状の態様を有し、かつ、その出射端面３８outは、α方向の長さがβ方向よりも長い長方形状である。
【００５４】
この出射端面３８outから出射した光信号の近視野像（ＮＦＰ）は、次のようになる。例えば、出射端面３８outのα方向の長さＬ38αが約５μｍであり、β方向の長さＬ38βが２μｍ以下であり、光信号の波長が１．５５μｍであるとする。この場合には、出射端面３８outから出射した光信号の近視野像（ＮＦＰ）は、図８（ｃ）に示されるようなα方向よりもβ方向に長い楕円状のパターン４０となる。
【００５５】
このように、出射端面３８outのβ方向の長さがα方向よりも短いのにも拘わらず、光信号の近視野像が、β方向に長い形状となる理由は、次の通りである。つまり、出射端面３８outのβ方向の長さが２μｍ以下というように光信号の波長に近くなるために、β方向における光信号のしみ出しが多くなるからである。
【００５６】
上記のような出射端面３８outから出射した光信号を受ける受光素子の受光面は、第２や第３の実施形態と同様に、その光信号の近視野像４０に対応する遠視野像（つまり、近視野像４０のフーリエ変換後の像）に応じた形状および大きさを有する。
【００５７】
上記のようなテーパ状導波路３８を有する光導波路と、受光素子とを有する光モジュールにおいても、前記各実施形態と同様に、光導波路と受光素子の光結合における光損失の低減、および、受光素子の応答の高速化を図ることができる。
【００５８】
さらに、第２や第３の実施形態では、光導波路１４，３１は、光信号の分配機能を有するものであるが、本発明は、その光分配機能を持たない他の光導波路を有する光モジュールにも適用可能である。例えば、本発明は、光信号の合波を行う機能を持つ光導波路を有する光モジュールにも適用できる。具体例を挙げると、本発明が適用された光モジュールは、例えば、第２実施形態に示した光導波路１４の光信号の入り側と出側を逆にした図９（ａ）に示されるような光モジュール１０’であってもよい。この光モジュール１０’を構成するＰＬＣ素子１１は、第２実施形態に示したＰＬＣ素子１１と同様な構成を備えている。ただ、光導波路１４の入射端面１４inと出射端面１４outが、第２実施形態とは互いに逆になっている。
【００５９】
さらに、第３実施形態では、テーパ状導波路３６ａ〜３６ｄは、出射端面３１outに向かって、α方向とβ方向とのうちの一方向の長さが変化していく態様である。これに対して、テーパ状導波路は、出射端面に向かって、α方向およびβ方向の長さが変化していく態様であってもよい。
【００６０】
さらに、本発明の光モジュールは、第１〜第３の各実施形態に示した受信モジュールとしての機能に加えて、送信モジュールとしての機能をも備えていてもよい。つまり、本発明の光モジュールは、さらに、電気信号を光信号に変換して出射する発光素子と、当該発光素子から出射した光信号を伝送する送信用の光導波路とを有していてもよい。その送信用の光導波路における光信号の伝送方向に直交する断面の形状は、前記α方向と前記β方向のうちの一方向が他方向よりも長い形状であってもよい。
【符号の説明】
【００６１】
１，１０，２５ 光モジュール
３，１４，３１ 光導波路
４，１２，２７ 受光素子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光導波路と当該光導波路から出射した光を受ける受光素子とを有する光モジュールおよび光結合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１０は、光モジュールの一例を模式的に表す平面図である（特許文献１参照）。この光モジュール６０は、双方向光通信モジュールである。当該光モジュール６０は、光導波路素子６１と、回路部６２とを有している。
【０００３】
光導波路素子６１は、透明基板（クラッド）７０と、当該透明基板７０に形成された送信用の光導波路（コア）７１および受信用の光導波路（コア）７２とを有する。送信用の光導波路７１の両端面７１ａ，７１ｂのうち、一方の端面７１ａは、光信号が入射する入射端面として機能する。光導波路７１の他方の端面７１ｂは、光信号を出射する出射端面として機能する。この出射端面７１ｂに対向して光ファイバ７３の端面７３ａが配置される。出射端面７１ｂから出射した光信号は、光ファイバ７３の端面７３ａに入射し、当該光ファイバ７３によって目的の送信相手に向けて伝送される。
【０００４】
受信用の光導波路７２の両端面７２ａ，７２ｂのうち、一方の端面７２ｂと、光ファイバ７３の端面７３ａとは、互いに対向して配置される（換言すれば、光ファイバ７３の端面７３ａは、送信用の光導波路７１の端面７１ｂおよび受信用の光導波路７２の端面７２ｂの両方の端面に対向している）。受信用の光導波路７２の端面７２ｂは、光ファイバ７３の端面７３ａから出射した光信号が入射する入射端面として機能する。光導波路７２の他方の端面７２ａは、光信号を出射する出射端面として機能する。
【０００５】
回路部６２は、発光素子６４と、駆動回路６５と、受光素子６６と、増幅回路６７とを有している。それら発光素子６４と駆動回路６５と受光素子６６と増幅回路６７は、共通の回路基板６８に形成される。
【０００６】
発光素子６４は、例えば半導体レーザ素子であり、駆動回路６５から出力された送信信号（電気信号）を光信号に変換し当該光信号を発光部６４ａから出射する機能を有する。その発光部６４ａと、送信用の光導波路７１の入射端面７１ａとは、対向配置し、発光部６４ａから出射した光信号は、入射端面７１ａから送信用の光導波路７１に入射する。
【０００７】
受光素子６６は、光を受ける受光部６６ａを有する。その受光部６６ａは、受信用の光導波路７２の出射端面７２ａと対向配置して当該出射端面７２ａから出射した光信号を受光する。受光素子６６は、その受光した光信号を電気信号に変換し当該電気信号を出力する機能を有する。特許文献２には、受光素子の一つであるＰＮ接合フォトダイオードの一例が示されている。
【０００８】
増幅回路６７は、受光素子６６から出力された電気信号を増幅する回路である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−３８５５号公報
【特許文献２】特開２００３−３１８４３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
近年、光通信のより一層の高速化が要求されている。この要求に応じて、受光素子における光−電気の変換速度（応答速度）の高速化の技術が検討されている。
【００１１】
また、図１０に示されるように、光導波路７２の出射端面７２ａと、受光素子６６の受光面６６ａとの間には、電気配線等に起因して隙間が生じてしまう。この隙間のために、光導波路７２と受光素子６６との光結合における光損失が発生してしまう。
【００１２】
本発明は上記課題を解決するためになされた。すなわち、本発明の目的は、光導波路と受光素子の光結合における光損失の低減、および、受光素子の応答の高速化を図ることができる光モジュールおよび光結合方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の光モジュールは、
光信号を伝送する光導波路と、
当該光導波路における光信号を出射する出射端面と間隙を介して配置され前記出射端面から出射した光信号を受ける受光面を有する受光素子と
を備え、
互いに直交する二方向であり、かつ、前記光信号の伝送方向にもそれぞれ直交する二方向をα方向とβ方向とした場合に、前記出射端面は、前記α方向と前記β方向のうちの一方向の長さが他方向の長さよりも長い形状であり、
前記受光面は、前記出射端面から出射した光信号の前記α方向と前記β方向のそれぞれの拡がり角、および、前記出射端面と前記受光面との間隔が関与する前記受光面での光信号の遠視野像に応じた形状および大きさを有している。
【００１４】
本発明の光結合方法は、
互いに直交する二方向であり、かつ、光信号を伝送する光導波路の光信号の伝送方向にもそれぞれ直交する二方向をα方向とβ方向とした場合に、前記光導波路における光信号を出射する出射端面を、前記α方向と前記β方向のうちの一方向の長さが他方向の長さよりも長い形状にし、
前記出射端面から出射した光信号を受ける受光素子は、前記出射端面から出射した光信号の前記α方向と前記β方向のそれぞれの拡がり角、および、前記出射端面との間隔が関与する光信号の遠視野像に応じた形状および大きさを持つ受光面でもって光信号を受ける。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、光導波路と受光素子の光結合における光損失の低減、および、受光素子の応答の高速化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る第１実施形態の光モジュールを模式的に表す図である。
【図２】本発明に係る第２実施形態の光モジュールの説明に利用する図である。
【図３】図２に示される光導波路の出射端面から出射した光信号の近視野像の一例を表すモデル図である。
【図４】光導波路の出射端面から出射した光信号の拡がり角を説明する図である。
【図５】受光素子の受光面の一形態例を表す図である。
【図６】本発明に係る第２実施形態の効果の説明に利用する図である。
【図７】本発明に係る第３実施形態の光モジュールを模式的に表す図である。
【図８】本発明に係るその他の実施形態の説明に利用する図である。
【図９】本発明に係るさらにその他の実施形態を表す図である。
【図１０】光モジュールの一形態例を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、本発明に係る実施形態を図面を参照して説明する。
【００１８】
（第１実施形態）
図１（ａ）は、本発明に係る第１実施形態の光モジュールを簡略化して表したモデル図である。第１実施形態の光モジュール１は、光導波路３と、受光素子４とを備えている。
【００１９】
光導波路３は、例えば石英ガラス等により構成され光信号を伝送する光の通路である。この光導波路３は、光信号を出射する出射端面６を有する。ここで、図１（ａ）に示されるα方向（紙面に平行な方向）とβ方向（紙面に垂直な方向）を次のように定義する。つまり、α方向とβ方向は、互いに直交する二方向であり、かつ、光導波路３を伝送する光信号の伝送方向Ａにもそれぞれ直交する二方向である。
【００２０】
図１（ｂ）は、光導波路３と受光素子４におけるβ方向から見た態様を模式的に表す図である。図１（ａ），（ｂ）に示されるように、光導波路３の出射端面６は、α方向とβ方向のうちの一方向の長さが他方向の長さよりも長い形状である。つまり、図１（ａ），（ｂ）に示される例では、出射端面６の形状は、α方向の長さＬ6αよりもβ方向の長さＬ6βが長い形状となっている。
【００２１】
受光素子４は、光導波路３の出射端面６と間隙を介し向き合って配置される。この受光素子４は、出射端面６から出射した光信号を受ける受光面８を有する。この受光面８は、出射端面６から出射した光信号のα方向の拡がり角θαとβ方向の拡がり角θβ、および、出射端面６と受光面８との間隔Ｌ6-8が関与する受光面８での前記光信号の遠視野像に応じた形状および大きさを有している。これにより、受光面８は、α方向の長さＬ8αがβ方向の長さＬ8βよりも長い形状を有している。
【００２２】
この第１実施形態の光モジュール１は、次のような効果を得ることができる。すなわち、光導波路３の出射端面６の形状は、α方向とβ方向のうちの一方向の長さが他方向の長さよりも長い形状である。これにより、光導波路３の出射端面６から出射した光信号におけるα方向とβ方向のうちの一方向の拡がり角を他方向の拡がり角よりも小さく抑制できる。具体的には、図１（ａ），（ｂ）に示す例では、出射端面６のβ方向の長さＬ6βは、出射端面６のα方向の長さＬ6αよりも長くなっている。その出射端面６の長さが長い方のβ方向の光信号の拡がり角θβは、短い方のα方向の光信号の拡がり角θαよりも小さく抑制される。このように光信号の拡がり角を抑制できることによって、光導波路３と受光素子４の光結合における光損失を低減できる。
【００２３】
また、上記のように光信号の拡がりを抑制できる結果、出射端面６におけるα方向とβ方向の各長さが等しい場合に比べて、受光素子４の受光面８での遠視野像を小さくできる。これにより、受光面８の面積（受光面積）を小さくできる。その受光面積は、受光素子４の応答速度に関与しており、当該受光面積が小さくなるにつれて応答速度が速くなる。この第１実施形態では、上記のように、受光素子４の受光面積を小さくできるので、受光素子４の応答速度を速くできる。
【００２４】
よって、この第１実施形態の光モジュール１は、光導波路と受光素子の光結合における光損失の低減、および、受光素子の応答の高速化を図ることができるという効果を得ることができる。
【００２５】
（第２実施形態）
以下に、本発明に係る第２実施形態を説明する。
【００２６】
図２（ａ）は、第２実施形態の光モジュールを模式的に表す平面図である。この第２実施形態の光モジュール１０は、受信モジュールである。当該光モジュール１０は、ＰＬＣ（Planar Lightwave Circuit（平面光回路））素子１１と、受光素子１２とを有している。
【００２７】
ＰＬＣ素子１１は、基板（例えば石英系透明基板（クラッド））１３と、当該基板１３に形成されている光導波路（コア）１４とを有する。光導波路１４は、例えば１．５５μｍ波長の光信号を伝送する伝送路である。図２（ａ）の例では、光導波路１４は、幹導波路１４Ｋと、複数の分岐導波路１４ａ〜１４ｄとを有する。複数の分岐導波路１４ａ〜１４ｄは、幹導波路１４Ｋに共通に接続されている。ここでは、幹導波路１４Ｋの端面１４inは、光信号の入射端面である。また、各分岐導波路１４ａ〜１４ｄの各端面１４outは、それぞれ、光信号の出射端面である。つまり、光導波路１４は、光信号の分配機能を有する。この光導波路１４において、入射端面１４inから入射した光信号は、幹導波路１４Ｋを通った後に各光導波路１４ａ〜１４ｄに分配され、各光導波路１４ａ〜１４ｄの出射端面１４outからそれぞれ出射する。
【００２８】
ここで、α方向とβ方向を、第１実施形態と同様に定義する。すなわち、α方向とβ方向は、互いに直交する二方向であり、かつ、光信号の伝送方向に直交する二方向である。図２（ａ）では、紙面に直交する方向をα方向とし、紙面に平行な方向をβ方向とする。
【００２９】
図２（ｂ）は、図２（ａ）に示すＰＬＣ素子１１と受光素子１２におけるβ方向から見た態様を模式的に表す図である。図２（ｃ）は、出射端面１４outを模式的に表している。この第２実施形態では、出射端面１４outの形状は、α方向の長さＬ14αよりもβ方向の長さＬ14βが長い形状である。具体例を挙げると、出射端面１４outの形状は、α方向の長さＬ14αが５μｍ、β方向の長さＬ14βが１０μｍというような、α方向とβ方向との長さの比が１対２である矩形状（長方形状）である。
【００３０】
さらに、この第２実施形態では、光導波路１４の入射端面１４inは、出射端面１４outと同じ形状および大きさを有する。さらに、光導波路１４は、１カ所以上の湾曲部分１５を有している。その湾曲部分において、光信号の伝送方向に直交する断面の形状は、入射端面１４inや出射端面１４outと同じ形状および大きさを有する。さらにまた、光導波路１４における上記以外の部分も、分岐導波路１４ａ〜１４ｄと幹導波路１４Ｋの接続部分を除いて、光信号の伝送方向に直交する断面の形状が、入射端面１４inや出射端面１４outと同じ形状および大きさを有する。
【００３１】
この第２実施形態では、光導波路１４の出射端面１４outは、α方向よりもβ方向に長い長方形状である。このため、出射端面１４outから出射した光信号の近視野像（ＮＦＰ（near field pattern））は、図３に示されるように、β方向に長い楕円状パターン１７となる。
【００３２】
また、光導波路１４の出射端面１４outから空間に出射した光信号の拡がりは、次のようになる。すなわち、空間に出射した光信号の拡がりは光の干渉に基づくために、出射端面１４outが、前記のように、α方向よりもβ方向に長い長方形状であると、β方向の拡がり角はα方向の拡がり角よりも小さくなる。具体例を挙げると、例えば、出射端面１４outのα方向の長さＬ14αが５μｍ、β方向の長さＬ14βが１０μｍである場合に、図４（ａ）に示される光信号のα方向の拡がり角θαは約３４度である。これに対して、図４（ｂ）に示される光信号のβ方向の拡がり角θβは約１７度である。
【００３３】
受光素子１２は、光信号を受ける受光面１６を有し、当該受光面１６で受光した光信号に応じた電気信号を出力する機能（つまり、光−電気の変換機能）を持つ。当該受光素子１２は、例えばフォトダイオードであり、受光面１６は、ＰＮ（Positive Negative）接合領域である。このような受光素子１２は、受光面１６が光導波路１４の出射端面１４outに対向するように配置される。この第２実施形態では、複数の受光素子１２（１２ａ〜１２ｄ）が、それぞれ、分岐導波路１４ａ〜１４ｄに対応して配設される。
【００３４】
ところで、受光素子１２の受光面１６と、光導波路１４の出射端面１４outとの間には、電気配線等に起因した例えば３０μｍ以上の隙間がある。この隙間により、受光素子１２の受光面１６において、光導波路１４の出射端面１４outから出射した光信号は、図３に示されるような近視野像（ＮＦＰ）１７をフーリエ変換した図５に示されるような遠視野像（ＦＦＰ（far field pattern））１８となる。この遠視野像１８は、β方向よりもα方向に長い楕円状のパターン形状である。
【００３５】
受光素子１２の受光面１６は、その遠視野像１８に応じた形状および大きさを有する。例えば、受光面１６は、遠視野像１８と同様な形状を有し、かつ、光導波路１４と受光素子１２の位置合わせ工程におけるアライメント誤差を考慮した分、遠視野像１８よりも大きな大きさを持つ。
【００３６】
この第２実施形態の光モジュールでは、上記のように光導波路１４の出射端面１４outの形状は、α方向とβ方向の長さが同じではなく、β方向がα方向よりも長い長方形状となっている。これにより、次のような効果を得ることができる。すなわち、出射端面１４outのα方向とβ方向の各長さが等しい場合には、出射端面１４outから出射した光信号のα方向とβ方向の拡がり角は同様となる。これに対して、出射端面１４outのβ方向がα方向よりも長い場合には、出射端面１４outから出射した光信号のβ方向の拡がり角θβをα方向の拡がり角θαよりも抑えることができる。これにより、この第２実施形態の光モジュール１０は、光導波路１４と受光素子１２の光結合における光損失を抑制できるという効果を奏することができる。
【００３７】
また、上記のように、出射端面１４outの形状を長方形状にすることにより、受光素子１２の受光面１６を小さくできる。すなわち、仮に出射端面１４outの形状がα方向もβ方向も同じ長さである正方形状とすると、出射端面１４outにおける近視野像（ＮＦＰ）は、図６（ａ）の点線に示されるような円形状パターン２０となる。また、その遠視野像（ＦＦＰ）は、図６（ｂ）の点線に示されるような円形状パターン２１となる。
【００３８】
これに対して、出射端面１４outが長方形状である場合（その長方形状のα方向の長さは前記正方形状の一辺と同じだが、β方向の長さはそのα方向の長さよりも長い場合）には、出射端面１４outにおける近視野像は、図６（ａ）の実線に示されるような楕円状パターン１７となる。この楕円状パターンの近視野像１７は、円形状パターンの近視野像２０よりも大きい。
【００３９】
しかし、長方形状の出射端面１４outから出射した光信号のβ方向の拡がり角は前記の如く抑えられるから、楕円状の近視野像１７に対応する遠視野像は、図６（ｂ）の実線に示すような楕円形状のパターン１８となる。つまり、光信号のβ方向の拡がり角が抑制される分、円形状の遠視野像２１に比べて、楕円形状の遠視野像１８は、小さくなる。このため、受光素子１２の受光面１６を小さくできる。
【００４０】
その受光面１６の大きさは、受光素子１２における光−電気の変換速度に関連している。つまり、受光素子１２における光−電気の変換速度に関わる時定数は、受光素子１２の内部抵抗値Ｒと内部コンデンサ容量Ｃとの積に応じた値である。この時定数を小さくすることによって、受光素子１２の応答性（つまり、光−電気の変換速度）を速くできる。受光面１６と、受光素子１２の内部コンデンサ容量とは、受光面１６が小さくなるに従って受光素子１２の内部コンデンサ容量が小さくなるというような関係がある。このため、上記のように受光面１６を小さくできることによって、受光素子１２における光−電気の変換速度を速くできる。すなわち、この第２実施形態の光モジュール１０は、光信号の入射に対する電気信号の出力の応答性を向上できる。
【００４１】
さらに、この第２実施形態では、光導波路１４における湾曲部分１５の断面形状が出射端面１４outの形状と同様である。すなわち、その湾曲部分１５の断面形状はα方向よりもβ方向の長さが長い長方形状である。このため、β方向の長さがα方向の長さと同じである場合に比べて、β方向の光の閉じ込めが強くなる。換言すれば、光導波路１４からβ方向への光のしみ出しを小さく抑制できる。これにより、光の伝送損失の増加を防止しながら、光導波路１４における湾曲部分１５の曲がり具合を大きくできる。このことは、ＰＬＣ素子１１の小型化、換言すれば、光モジュール１０の小型化を促進させることができる。
【００４２】
（第３実施形態）
以下に、本発明に係る第３実施形態を説明する。
【００４３】
図７は、第３実施形態の光モジュールを模式的に表す平面図である。この第３実施形態の光モジュール２５は、受信モジュールであり、ＰＬＣ素子２６と、受光素子２７とを有している。
【００４４】
ＰＬＣ素子２６は、基板（例えば石英系透明基板（クラッド））３０と、この基板３０に形成された光導波路（コア）３１とを有する。この第３実施形態では、光導波路３１は、第２実施形態に述べた光導波路１４と同様に、光の分配機能を有するが、その光の分配に、ＭＭＩ（Multi Mode Interference（多モード干渉導波路））を用いている。
【００４５】
すなわち、この第３実施形態では、光導波路３０は、導波路３２，３４ａ，３４ｂと、ＭＭＩ３３，３５ａ，３５ｂと、テーパ状導波路３６ａ〜３６ｄとを有している。導波路３２の一端は光信号の入射端面３１inである。この入射端面３１inには、例えばマルチモードの光信号（１．５５μｍ波長帯の光信号）が入射する。導波路３２の他端は、ＭＭＩ３３の一端に接続している。このＭＭＩ３３は、一入力二出力の機能を有する。当該ＭＭＩ３３の二出力端は、それぞれ、導波路３４ａ，３４ｂの一端に接続している。各導波路３４ａ，３４ｂの他端は、それぞれ、ＭＭＩ３５ａ，３５ｂに接続している。ＭＭＩ３５ａ，３５ｂも、ＭＭＩ３３と同様に、一入力二出力の機能を有する。各ＭＭＩ３５ａ，３５ｂの二出力端は、それぞれ、テーパ状導波路３６ａ〜３６ｄの一端に接続している。各テーパ状導波路３６ａ〜３６ｄの他端は光信号の出射端面３１outである。
【００４６】
ＭＭＩ３３，３５ａ，３５ｂに光信号を導入する導波路３２，３４ａ，３４ｂは、光信号の伝送方向に直交する断面（以下、単に断面と記す）が、正方形、あるいは、正方形に近い形状である必要がある。このため、導波路３２，３４ａ，３４ｂの断面は、正方形、あるいは、正方形に近い形状である。具体例を挙げると、導波路３２，３４ａ，３４ｂは、一辺の長さが約５μｍの正方形状の断面を持つ導波路である。
【００４７】
ＭＭＩ３３，３５ａ，３５ｂは、入射した光信号を波長の差異によって２つに分配し各光信号をそれぞれ出射する機能を有する。
【００４８】
テーパ状導波路３６ａ〜３６ｄは、ＭＭＩ３５ａ，３５ｂに接続している一端から他端である出射端面３１outに向けて、図７に示されるように、β方向の長さが連続的に長くなっている。なお、α方向とβ方向は、第２実施形態で述べたα方向とβ方向と同様に定義されている。つまり、α方向とβ方向は、互いに直交する二方向であり、かつ、光信号の伝送方向にもそれぞれ直交する二方向である。図７では、紙面に直交する方向がα方向であり、紙面に平行な方向がβ方向である。
【００４９】
テーパ状導波路３６ａ〜３６ｄにおいて、具体例を挙げると、ＭＭＩ３５ａ，３５ｂに接続している一端の断面は、例えば、一辺が約５μｍの正方形状（つまり、導波路３２，３４ａ，３４ｂと同様の断面）である。これに対して、テーパ状導波路３６ａ〜３６ｄの各他端の断面、つまり、出射端面３１outは、例えば、α方向の長さが約５μｍであり、β方向の長さが約１０μｍである長方形状である。
【００５０】
すなわち、この第３実施形態における出射端面３１outは、第２実施形態における出射端面１４outと同様の形状を有している。
【００５１】
受光素子２７は、第２実施形態で述べた受光素子１２と同様の構成を有する。すなわち、受光素子２７は、受光面２８を有し、この受光面２８で受光した光信号に応じた電気信号を出力する機能を有する。この受光素子２７は、受光面２８が光導波路３１の出射端面３１outに対向する位置に配置される。前述したように、この第３実施形態における出射端面３１outは、第２実施形態における出射端面１４outと同様の形状を有している。このため、出射端面３１outから出射した光信号の受光面２８での遠視野像（ＦＦＰ）は、図５に示されるようなβ方向よりもα方向に長い楕円状パターン１８である。このことから、この第３実施形態においても、第２実施形態における受光素子１２の受光面１６と同様に、受光素子２７の受光面２８は、β方向よりもα方向に長い楕円状であり、その大きさは、遠視野像１８よりもアライメント誤差分、大きな大きさとなっている。
【００５２】
この第３実施形態においても、第２実施形態と同様に、光導波路３１の出射端面３１outは、α方向よりもβ方向に長い長方形状であるから、第２実施形態で述べたと同様の効果を得ることができる。すなわち、第３実施形態の光モジュール２５は、光導波路３１と受光素子２７との光結合における光損失の低減、および、受光素子２７の応答の高速化を図ることができるという効果を得ることができる。
【００５３】
（その他の実施形態）
なお、この発明は、第１〜第３の実施形態に限定されるものではなく、様々な実施の形態を採り得る。例えば、第３実施形態では、テーパ状導波路３６ａ〜３６ｄは、ＭＭＩ３５ａ，３５ｂに接続する一端から出射端面３１outに向かうに従ってβ方向の長さが長くなっていく態様である。これに対し、図８（ａ）、（ｂ）に示されるようなテーパ状導波路３８であってもよい。つまり、テーパ状導波路３８は、出射端面３８outに向かうに従ってβ方向の長さが短くなっていくテーパ状の態様を有し、かつ、その出射端面３８outは、α方向の長さがβ方向よりも長い長方形状である。
【００５４】
この出射端面３８outから出射した光信号の近視野像（ＮＦＰ）は、次のようになる。例えば、出射端面３８outのα方向の長さＬ38αが約５μｍであり、β方向の長さＬ38βが２μｍ以下であり、光信号の波長が１．５５μｍであるとする。この場合には、出射端面３８outから出射した光信号の近視野像（ＮＦＰ）は、図８（ｃ）に示されるようなα方向よりもβ方向に長い楕円状のパターン４０となる。
【００５５】
このように、出射端面３８outのβ方向の長さがα方向よりも短いのにも拘わらず、光信号の近視野像が、β方向に長い形状となる理由は、次の通りである。つまり、出射端面３８outのβ方向の長さが２μｍ以下というように光信号の波長に近くなるために、β方向における光信号のしみ出しが多くなるからである。
【００５６】
上記のような出射端面３８outから出射した光信号を受ける受光素子の受光面は、第２や第３の実施形態と同様に、その光信号の近視野像４０に対応する遠視野像（つまり、近視野像４０のフーリエ変換後の像）に応じた形状および大きさを有する。
【００５７】
上記のようなテーパ状導波路３８を有する光導波路と、受光素子とを有する光モジュールにおいても、前記各実施形態と同様に、光導波路と受光素子の光結合における光損失の低減、および、受光素子の応答の高速化を図ることができる。
【００５８】
さらに、第２や第３の実施形態では、光導波路１４，３１は、光信号の分配機能を有するものであるが、本発明は、その光分配機能を持たない他の光導波路を有する光モジュールにも適用可能である。例えば、本発明は、光信号の合波を行う機能を持つ光導波路を有する光モジュールにも適用できる。具体例を挙げると、本発明が適用された光モジュールは、例えば、第２実施形態に示した光導波路１４の光信号の入り側と出側を逆にした図９（ａ）に示されるような光モジュール１０’であってもよい。この光モジュール１０’を構成するＰＬＣ素子１１は、第２実施形態に示したＰＬＣ素子１１と同様な構成を備えている。ただ、光導波路１４の入射端面１４inと出射端面１４outが、第２実施形態とは互いに逆になっている。
【００５９】
さらに、第３実施形態では、テーパ状導波路３６ａ〜３６ｄは、出射端面３１outに向かって、α方向とβ方向とのうちの一方向の長さが変化していく態様である。これに対して、テーパ状導波路は、出射端面に向かって、α方向およびβ方向の長さが変化していく態様であってもよい。
【００６０】
さらに、本発明の光モジュールは、第１〜第３の各実施形態に示した受信モジュールとしての機能に加えて、送信モジュールとしての機能をも備えていてもよい。つまり、本発明の光モジュールは、さらに、電気信号を光信号に変換して出射する発光素子と、当該発光素子から出射した光信号を伝送する送信用の光導波路とを有していてもよい。その送信用の光導波路における光信号の伝送方向に直交する断面の形状は、前記α方向と前記β方向のうちの一方向が他方向よりも長い形状であってもよい。
【符号の説明】
【００６１】
１，１０，２５ 光モジュール
３，１４，３１ 光導波路
４，１２，２７ 受光素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号を伝送する光導波路と、
当該光導波路における光信号を出射する出射端面と間隙を介して配置され前記出射端面から出射した光信号を受ける受光面を有する受光素子と
を備え、
互いに直交する二方向であり、かつ、前記光信号の伝送方向にもそれぞれ直交する二方向をα方向とβ方向とした場合に、前記出射端面は、前記α方向と前記β方向のうちの一方向の長さが他方向の長さよりも長い形状であり、
前記受光面は、前記出射端面から出射した光信号の前記α方向と前記β方向のそれぞれの拡がり角、および、前記出射端面と前記受光面との間隔が関与する前記受光面での光信号の遠視野像に応じた形状および大きさを有している光モジュール。
【請求項２】
前記光導波路は、光信号の伝送方向に直交する断面の前記α方向と前記β方向の各長さが等しい導波路部分と、前記出射端面に向けてα方向とβ方向の少なくとも一方向の長さが変化するテーパ状導波路部分とを有している請求項１記載の光モジュール。
【請求項３】
前記光導波路は、光信号が入射する入射端面も前記出射端面と同じ形状を有する請求項１記載の光モジュール。
【請求項４】
前記光導波路は、前記入射端面から前記出射端面に至るまでに少なくとも１カ所に湾曲した部分を有し、当該湾曲した部分における光信号の伝送方向に直交する断面は、前記α方向と前記β方向のうちの一方向の長さが他方向の長さよりも長い形状を有する請求項３記載の光モジュール。
【請求項５】
前記出射端面から出射した光信号の近視野像は楕円状であり、
前記受光面の形状は、前記近視野像に対応する遠視野像である楕円状となっている請求項１乃至請求項４の何れか一つに記載の光モジュール。
【請求項６】
前記光導波路は、平面基板に形成された平面光導波路である請求項１乃至請求項５の何れか一つに記載の光モジュール。
【請求項７】
前記受光素子は、フォトダイオードである請求項１乃至請求項６の何れか一つに記載の光モジュール。
【請求項８】
互いに直交する二方向であり、かつ、光信号を伝送する光導波路の光信号の伝送方向にもそれぞれ直交する二方向をα方向とβ方向とした場合に、前記光導波路における光信号を出射する出射端面を、前記α方向と前記β方向のうちの一方向の長さが他方向の長さよりも長い形状にし、
前記出射端面から出射した光信号を受ける受光素子は、前記出射端面から出射した光信号の前記α方向と前記β方向のそれぞれの拡がり角、および、前記出射端面との間隔が関与する光信号の遠視野像に応じた形状および大きさを持つ受光面でもって光信号を受ける光結合方法。
【請求項１】
光信号を伝送する光導波路と、
当該光導波路における光信号を出射する出射端面と間隙を介して配置され前記出射端面から出射した光信号を受ける受光面を有する受光素子と
を備え、
互いに直交する二方向であり、かつ、前記光信号の伝送方向にもそれぞれ直交する二方向をα方向とβ方向とした場合に、前記出射端面は、前記α方向と前記β方向のうちの一方向の長さが他方向の長さよりも長い形状であり、
前記受光面は、前記出射端面から出射した光信号の前記α方向と前記β方向のそれぞれの拡がり角、および、前記出射端面と前記受光面との間隔が関与する前記受光面での光信号の遠視野像に応じた形状および大きさを有している光モジュール。
【請求項２】
前記光導波路は、光信号の伝送方向に直交する断面の前記α方向と前記β方向の各長さが等しい導波路部分と、前記出射端面に向けてα方向とβ方向の少なくとも一方向の長さが変化するテーパ状導波路部分とを有している請求項１記載の光モジュール。
【請求項３】
前記光導波路は、光信号が入射する入射端面も前記出射端面と同じ形状を有する請求項１記載の光モジュール。
【請求項４】
前記光導波路は、前記入射端面から前記出射端面に至るまでに少なくとも１カ所に湾曲した部分を有し、当該湾曲した部分における光信号の伝送方向に直交する断面は、前記α方向と前記β方向のうちの一方向の長さが他方向の長さよりも長い形状を有する請求項３記載の光モジュール。
【請求項５】
前記出射端面から出射した光信号の近視野像は楕円状であり、
前記受光面の形状は、前記近視野像に対応する遠視野像である楕円状となっている請求項１乃至請求項４の何れか一つに記載の光モジュール。
【請求項６】
前記光導波路は、平面基板に形成された平面光導波路である請求項１乃至請求項５の何れか一つに記載の光モジュール。
【請求項７】
前記受光素子は、フォトダイオードである請求項１乃至請求項６の何れか一つに記載の光モジュール。
【請求項８】
互いに直交する二方向であり、かつ、光信号を伝送する光導波路の光信号の伝送方向にもそれぞれ直交する二方向をα方向とβ方向とした場合に、前記光導波路における光信号を出射する出射端面を、前記α方向と前記β方向のうちの一方向の長さが他方向の長さよりも長い形状にし、
前記出射端面から出射した光信号を受ける受光素子は、前記出射端面から出射した光信号の前記α方向と前記β方向のそれぞれの拡がり角、および、前記出射端面との間隔が関与する光信号の遠視野像に応じた形状および大きさを持つ受光面でもって光信号を受ける光結合方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−４７７９５（Ｐ２０１２−４７７９５Ａ）
【公開日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１８７１００（Ｐ２０１０−１８７１００）
【出願日】平成２２年８月２４日（２０１０．８．２４）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月２４日（２０１０．８．２４）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【Ｆターム（参考）】
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