説明

光モジュール及びその製造方法

【課題】光モジュールの機械的強度の低下を招くことなく、干渉計の精度を高い状態に保つことができない。
【解決手段】光モジュールは、干渉計を有する基板と、基板の底面の一部の領域である接合領域に接合するキャリアと、を有し、接合領域には、干渉計が占める基板上の領域に対応する底面の領域が含まれない。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は光モジュール及びその製造方法に関し、特に、干渉計を有する光モジュール及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
図2に示されるマッハツェンダー干渉計(Mach−Zehnder Interferomet;r;MZI)や図3に示される多モード干渉計(Multi−Mode Interferometer;MMI)などの平面光回路(Planar Lightwave Circuit;PLC)の光導波路を用いた干渉計は、様々な光機能素子において活用されている。また、近年、ネットワークトラフィックの劇的な増加に伴い、100Gb/sレベルの光伝送技術の開発が盛んに進められ始め、その中でDual−polarization Quadra phase shift keying(DP−QPSK)等の多値符号化技術を利用した光デジタルコヒーレント技術が重要視されている。そして、光デジタルコヒーレント技術においては、ハイブリッド干渉計や、偏波分離器(Polarization Beam Splitter;PBS)などのより高精度な干渉計が用いられている。
【0003】
上述した干渉計の干渉特性は屈折率の変動の影響を受ける。例えば図2に示されるMZIの場合、光スプリッタ108aと光カプラ109aに接続された2本のアーム導波路110a間の屈折率のバランスが崩れると、その干渉特性は大きく変動してしまう。屈折率のバランスが崩れる要因の一つとしては、PLCの基板に加えられる応力が考えられる。この応力は、PLCの基板をモジュールパッケージに組み込むために、PLCの基板を搭載するキャリアに半田や接着剤等で貼り付ける時に主に生じる。PLCの基板に形成された干渉計は、この時の基板に加わる応力の影響を非常に受けやすい。
【0004】
例えば、図4に示される、MZIからなり、光スプリッタ108bと光カプラ109bとを有するハイブリッド干渉計では、ポート間の出力位相が90°の位相角の差をもっている。仮にこのようなMZIの構造の全体に均一に応力が加わった場合、λ/4分に対応した2本のアーム導波路長の差分のみに影響が出ることとなる。この導波路長の実際の差はサブミクロン単位であり、位相角が1°変動するためには両アームに10−2オーダの屈折率変動が必要となる。しかしながら、この場合、応力により発生する一般的な屈折率変動は10−5オーダである。このため、MZIの構造の全体に均一に応力が加わった場合は応力による影響はほとんど生じない。
【0005】
しかしながら、実際のMZIの構造には、その全体に対して不均一な応力が加わる。このため、両アーム導波路にかかる応力の大きさは異なり、応力による屈折率変動量も両アーム導波路で異なる値となる。位相角は、両アーム導波路における屈折率と導波路長の積で与えられる光路長の差によって決まる。両アーム導波路の屈折率変動量が異なる場合、位相角への影響はアーム導波路長全体の長さで効いてくる。そして、実際のアーム導波路長は数mm程度である。この場合、位相角の1°あたりの変動は10−6オーダの屈折率変動で発生する。したがって、実際には、MZIの構造に加わる応力により位相角が変動する恐れがある。
【0006】
また、図5に示される様なMZIによる偏光ビームスプリッター(Polarizing Beam Splitter;PBS)では、2本のアーム導波路間の屈折率差はもちろん、干渉計全体の屈折率を10−5オーダに制御しなくてはならない。このPBSは、光スプリッタ108cと光カプラ109cと複屈折構造112cとを有する。
【0007】
これら高精度な干渉計においては、高精度な干渉計が製造できたとしても、モジュールパッケージ等に組み込まれる際に応力による屈折率変動が起こり、その結果、干渉計の精度が低くなってしまう懸念がある。
【0008】
特許文献1には、光導波路を備えるPLC基板と光素子とをハイブリッド集積してなる光素子ユニットと、光素子ユニットの温度を制御するための温度制御素子とを有し、光素子ユニットと温度制御素子とが、光素子ユニットにおける光導波路以外の他の部分に対応する底面の一部分で接合された光モジュールが開示されている。この光モジュールは、温度制御素子やパッケージの熱変形あるいは機械変形による歪が、応力として光素子へ伝わらないような構造にすることによる光素子特性の外部応力依存性の緩和と、光素子の適切な定温制御とを同時に実現する。
【0009】
特許文献2には、基板中に光導波路が形成された導波路基板と、導波路基板を保持する補強部材とからなる導波路型光デバイスにおいて、補強部材の導波路基板の底面と固着された部分の面積が導波路基板の底面の全体の面積よりも小さい形状を有する導波路型光モジュールの構造が開示されている。この光デバイスでは、補強部材が固着される導波路基板底面の固着面積が導波路基板の底面全体より小さくされているため、接着剤硬化時に発生する歪を緩和でき、光導波路特性を安定させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0010】
【特許文献1】特開2008−193003号公報(段落「0008」、「0009」、図1)
【特許文献2】実開平4−137305号公報(段落「0005」、「0012」、「0014」、図1、図2)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
しかしながら、特許文献1の光モジュールは、温度制御素子やパッケージの熱変形あるいは機械変形による歪が応力として光素子へ伝わらないような構造になってはいるが、干渉計を含む、導波路を有する基板に伝わる応力は一切考慮されていない。このため、干渉計を有する基板にこの構造を適用した場合、干渉計に応力が加わり、干渉計の精度が低下することが予想される。
【0012】
また、特許文献2の光デバイスでは、補強部材が固着される導波路基板底面の固着面積が導波路基板の底面全体と比べて非常に小さくされている。このため、補強部材と導波路基板とを強く接着することができず、光デバイスとしての機械的強度を高く維持することができない。
【0013】
このように、関連する技術にておいては、光モジュールの機械的強度の低下を招くことなく、干渉計の精度を高い状態に保つことができない、という問題があった。
【0014】
本発明の目的は、上述した課題である、光モジュールの機械的強度の低下を招くことなく、干渉計の精度を高い状態に保つことができない、という課題を解決する光モジュール及び光モジュールの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0015】
本発明の光モジュールは、干渉計を有する基板と、基板の底面の一部の領域である接合領域に接合するキャリアと、を有し、接合領域には、干渉計が占める基板上の領域に対応する底面の領域が含まれない。
【0016】
また、本発明の光モジュールの製造方法は、干渉計を有する基板の底面の一部の領域であって、干渉計が占める基板上の領域に対応する底面の別の一部の領域が含まれない接合領域に、基板を搭載するキャリアを接合する。
【発明の効果】
【0017】
本発明の光モジュールによれば、光モジュールの機械的強度の低下を招くことなく、干渉計の精度を高い状態に保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1】本発明の第1の実施形態の光モジュールの(A)分解斜視図、(B)分解斜視図(A)の1B−1B線断面図、(C)分解されていない状態の断面図である。
【図2】マッハツェンダー干渉計を示す図である。
【図3】多モード干渉計を示す図である。
【図4】ハイブリッド干渉計を示す図である。
【図5】MZIによる偏光ビームスプリッターを示す図である。
【図6】本発明の第1の実施形態の光モジュールの別の例を示す断面図である。
【図7】本発明の第1の実施形態の光モジュールのさらに別の例を示す分解斜視図である。
【図8】本発明の第1の実施形態の光モジュールのさらに別の例を示す分解斜視図である。
【図9】本発明の第1の実施形態の光モジュールのさらに別の例を示す分解斜視図である。
【図10】本発明の第1の実施形態の光モジュールの例を示す断面図である。
【図11】本発明の比較例の位相角変動量を示す図である。
【図12】本発明の実施例の位相角変動量を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0019】
以下に、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
【0020】
〔第1の実施形態〕
本実施形態の光モジュール100は、図1(A)に示すように、基板101と、基板101が搭載されるキャリア102とを有する。基板101には、第1の干渉計103、第2の干渉計104と、これらの干渉計に接続された導波路113とが位置する。
【0021】
光モジュール100の構造について、図1(B)を用いてさらに詳細に説明する。図1(B)は、図1(A)に示した光モジュール100の1B−1B線断面図である。キャリア102は基板101の底面の一部の領域に接合する。なお、本明細書では、キャリア102が接合する基板101の底面の一部の領域を接合領域107と呼ぶ。また、本明細書では、第1の干渉計103が占める基板上の領域に対応する底面の一部の領域を第1の干渉計領域105と呼ぶ。また、本明細書では、第2の干渉計104が占める基板上の領域に対応する底面の一部の領域を第2の干渉計領域106と呼ぶ。図2に示すように、接合領域107には、第1の干渉計領域105、第2の干渉計領域106のいずれも含まれない。よって、光モジュール100は、図1に示すように、基板101と、基板101の接合領域107に接合するキャリア102とを有し、接合領域107には第1の干渉計領域105及び第2の干渉計領域106のいずれもが含まれないこととなる。
【0022】
第1の干渉計103と第2の干渉計104として、図4に示されるハイブリッド干渉計を用いることができる。また、第1の干渉計103と第2の干渉計104として、図2のMZIや図3のMMIを用いても良い。MMI114dは導波路113dに接続されている。また、図5のMZIによるPBSを用いても良い。
【0023】
本実施形態の光モジュール100は、接合領域107が第1の干渉計領域105及び第2の干渉計領域106のいずれをも含まない。すなわち、第1の干渉計領域105と第2の干渉計領域106のいずれの領域にも、キャリア102は接合しない。このため、第1の干渉計領域105と第2の干渉計領域106とではキャリア102から伝わる応力が開放されるため、屈折率が変動するのを抑制することができ、干渉計の精度を高い状態に保つことができる。また、キャリア102は基板101の第1の干渉計領域105及び第2の干渉計領域106以外の領域と接合することができる。このため、基板101をキャリア102に搭載するために、基板101とキャリア102との十分な接合面積を得ることができ、光モジュール100全体として十分な機械的強度を得ることができる。
【0024】
キャリア102は凸部を有するのが望ましい。この場合、凸部が基板101の接合領域107と接合するのが望ましい。
【0025】
また、図6に示すように、光モジュール100eの基板101eの底面は凸部を有するのが望ましい。この場合、凸部がキャリア102eと接合する接合領域107eとなるのが望ましい。基板101eは、第1の干渉計103eと第2の干渉計104eとを有する。接合領域107eは、第1の干渉計領域105e、第2の干渉計領域106eを含まない。
【0026】
上述の説明では、第1の干渉計103及び第2の干渉計104の2つの干渉計を有する光モジュール100について説明したが、干渉計の数はこれに限られない。例えば、光モジュールは干渉計を3つ以上有していても良いし、1つのみを有していても良い。
【0027】
接合領域107の形状は限定されない。例えば、図1に示されるように、接合領域107が、第1の干渉計領域と第2の干渉計領域との間の領域であっても良い。本明細書では、このような形状の接合領域107を有する光モジュール100の構造をI型構造と呼ぶ。このI型構造は、第1の干渉計103と第2の干渉計104との間隔が大きいときに有効である。このI型構造では、接合領域107が干渉計に対して一方向にしか存在しないため、干渉計に加わる応力を軽減することができる。
【0028】
また、図7に示すように、接合領域107aは、第1の干渉計103aに対応する第1の干渉計領域と、第2の干渉計104aに対応する第2の干渉計領域と、第1の干渉計領域と第2の干渉計領域との間の領域とを含む第3の干渉計領域111aの横に位置する第1の横の領域であっても良い。本明細書では、このような形状の接合領域107aを有する基板101aと、この基板101aが搭載されるキャリア102aとを有する光モジュール100aの構造を片持ち構造と呼ぶ。この片持ち構造は、第1の干渉計103aと第2の干渉計104aの両方の干渉計を基板の端に配置させることができる場合に有効である。この片持ち構造では、接合領域107aが干渉計に対して一方向にしか存在しないため、干渉計に加わる応力を軽減することができる。
【0029】
また、図8に示すように、接合領域107bは、第1の干渉計103bに対応する第1の干渉計領域と、第2の干渉計104bに対応する第2の干渉計領域と、第1の干渉計領域と第2の干渉計領域との間の領域とを含む第3の干渉計領域111bの左右に位置する領域であっても良い。すなわち、接合領域107bは第3の干渉計領域111bの横に位置する第1の横の領域と、この第1の横の領域の、第3の干渉計領域111bを介して反対側に位置する第2の横の領域とを含む。本明細書では、このような形状の接合領域107bを有する基板101bと、この基板101bが搭載されるキャリア102bとを有する光モジュール100bの構造をII型構造と呼ぶ。このII型構造は、第1の干渉計103bと第2の干渉計104bとの間隔が小さい場合に有効である。また、このII型構造では、第1の干渉計103bと第2の干渉計104bとを挟むように接合領域107bが配置されているため、より高い機械的強度を保つことができる。
【0030】
また、図9に示すように、接合領域107cは、第1の干渉計103cに対応する第1の干渉計領域と第2の干渉計104cに対応する第2の干渉計領域との間の領域と、第1の干渉計領域と第2の干渉計領域とこれらの間の領域とを含む第3の干渉計領域111cの左右に位置する領域とを含む領域であっても良い。本明細書では、このような形状の接合領域107cを有する基板101cと、この基板101cが搭載されるキャリア102cとを有する光モジュール100cの構造をH型構造と呼ぶ。このH型構造では、第1の干渉計103cと第2の干渉計104cとを取り囲む様に接合領域107cが配置されているため、より高い機械的強度を保つことができる。
【0031】
また、図10に示す光モジュール100dのように、接合領域107dと、第1の干渉計を構成するアーム導波路110dが占める基板上の領域に対応する底面の一部の領域である導波路領域115dとは1mm以上離れているのが望ましい。これらを1mm以上離すことにより、より確実に干渉計の精度を高い状態に保つことができる。
【0032】
〔第2の実施形態〕
次に、本実施形態の光モジュールの製造方法について図1を用いて説明する。
【0033】
本実施形態の光モジュール100の製造方法では、干渉計を有する基板101の底面の一部の領域であって、干渉計が占める基板101上の領域に対応する底面の別の一部の領域が含まれない接合領域107に、基板101を搭載するキャリア102を接合する。これにより、第1の実施形態に係る光モジュール100を製造することができる。
【0034】
接合領域107は、例えば、基板101の底面に金属膜を設けて、この金属膜をパターニングすることにより形成することができる。金属膜をパターニングして、金属膜を有する部分を接合領域107とし、金属膜を有しない部分をそれ以外の領域とすれば、半田付けにより、キャリア102を接合領域107に容易に接合することができる。
【0035】
〔実施例〕
次に本発明の実施例について説明する。本実施例では、H型構造の基板であって、ハイブリッド干渉計と基板の底面に備えられた金属膜のパターンとを有する基板単体(PLC単体)の位相角と、この基板を、凸部を有するキャリアに半田で融着して得られた光モジュール(PLC単体+キャリア)の位相角の差(位相角変動量)を調べた。また、比較例として、ハイブリッド干渉計と基板の底面全面に備えられた金属膜とを有する基板単体(PLC単体)の位相角と、この基板を、凸部を有するキャリアに半田で融着して得られた光モジュール(PLC単体+キャリア)の位相角の差(位相角変動量)を調べた。比較例の結果を図11に示す。本発明の実施例の結果を図12に示す。
【0036】
図11に示すように、比較例では最大で約5°程度の位相角変動量が生じた。一方、図12に示すように、本発明の実施例では、5つのサンプル全てにおいて位相角変動量を1°以下に抑制することができた。
【0037】
本発明は上記実施形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で、種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲内に含まれるものであることはいうまでもない。
【0038】
上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。
【0039】
(付記1)干渉計を有する基板と、前記基板の底面の一部の領域である接合領域に接合するキャリアと、を有し、前記接合領域には、前記干渉計が占める前記基板上の領域に対応する前記底面の領域が含まれない光モジュール。
【0040】
(付記2)前記基板は、第1の干渉計と第2の干渉計とを含む少なくとも2以上の干渉計を有する付記1に記載の光モジュール。
【0041】
(付記3)前記接合領域と、前記干渉計を構成する導波路が占める前記基板上の領域に対応する前記底面の領域とは1mm以上離れている付記1又は2に記載の光モジュール。
【0042】
(付記4) 前記接合領域には、前記第1の干渉計が占める前記基板上の領域に対応する前記底面の領域である第1の干渉計領域と、前記第2の干渉計が占める前記基板上の領域に対応する前記底面の別の領域である第2の干渉計領域と、前記第1の干渉計領域と前記第2の干渉計領域との間の前記底面の領域とを含む第3の干渉計領域の横に位置する第1の横の領域が含まれる付記2又は3に記載の光モジュール。
【0043】
(付記5) 前記接合領域には、前記第1の横の領域の、前記第3の干渉計領域を介して反対側に位置する第2の横の領域が含まれる付記4に記載の光モジュール。
【0044】
(付記6) 前記接合領域には、前記第1の光干渉計が占める前記基板上の領域に対応する前記底面の領域である第1の干渉計領域と、前記第2の光干渉計が占める前記基板上の領域に対応する前記底面の別の領域である第2の干渉計領域との間の領域が含まれる付記2から5のいずれかに記載の光モジュール。
【0045】
(付記7) 前記干渉計は、ハイブリッド干渉計である付記1から6のいずれかに記載の光モジュール。
【0046】
(付記8) 前記キャリアの表面に第1の凸部が位置し、前記接合領域は前記第1の凸部と接合する付記1から7のいずれかに記載の光モジュール。
【0047】
(付記9) 前記基板の底面に第2の凸部が位置し、前記接合領域は前記第2の凸部である付記1から8のいずれかに記載の光モジュール。
【0048】
(付記10) 前記基板と前記キャリアは半田を介して接合している付記1から9のいずれかに記載の光モジュール。
【0049】
(付記11) 干渉計を有する基板の底面の一部の領域であって、前記干渉計が占める前記基板上の領域に対応する前記底面の別の一部の領域が含まれない接合領域に、前記基板を搭載するキャリアを接合する光モジュールの製造方法。
【0050】
(付記12) 前記接合領域は、前記基板の底面に設けられた金属膜をパターニングして形成され、前記金属膜を有する部分を前記接合領域として、半田付けにより、前記キャリアを前記接合領域に接合する付記11に記載の光モジュールの製造方法。
【符号の説明】
【0051】
100、100a、100b、100c、100d、100e 光モジュール
101、101a、101b、101c、101e 基板
102、102a、102b、102c、102e キャリア
103、103a、103b、103c、103e 第1の干渉計
104、104a、104b、104c、104e 第2の干渉計
105、105e 第1の干渉計領域
106、106e 第2の干渉計領域
107、107a、107b、107c、107d、107e 接合領域
108a、108b、108c 光スプリッタ
109a、109b、109c 光カプラ
110a、110d アーム導波路
111a、111b、111c 第3の干渉計領域
112c 複屈折構造
113、113d 導波路
114d MMI
115d 導波路領域

【特許請求の範囲】
【請求項1】
干渉計を有する基板と、
前記基板の底面の一部の領域である接合領域に接合するキャリアと、を有し、
前記接合領域には、前記干渉計が占める前記基板上の領域に対応する前記底面の領域が含まれない光モジュール。
【請求項2】
前記基板は、第1の干渉計と第2の干渉計とを含む少なくとも2以上の干渉計を有する請求項1に記載の光モジュール。
【請求項3】
前記接合領域と、前記干渉計を構成する導波路が占める前記基板上の領域に対応する前記底面の領域とは1mm以上離れている請求項1又は2に記載の光モジュール。
【請求項4】
前記接合領域には、前記第1の干渉計が占める前記基板上の領域に対応する前記底面の領域である第1の干渉計領域と、前記第2の干渉計が占める前記基板上の領域に対応する前記底面の別の領域である第2の干渉計領域と、前記第1の干渉計領域と前記第2の干渉計領域との間の前記底面の領域とを含む第3の干渉計領域の横に位置する第1の横の領域が含まれる請求項2又は3に記載の光モジュール。
【請求項5】
前記接合領域には、前記第1の横の領域の、前記第3の干渉計領域を介して反対側に位置する第2の横の領域が含まれる請求項4に記載の光モジュール。
【請求項6】
前記接合領域には、前記第1の光干渉計が占める前記基板上の領域に対応する前記底面の領域である第1の干渉計領域と、前記第2の光干渉計が占める前記基板上の領域に対応する前記底面の別の領域である第2の干渉計領域との間の領域が含まれる請求項2から5のいずれかに記載の光モジュール。
【請求項7】
前記干渉計は、ハイブリッド干渉計である請求項1から6のいずれかに記載の光モジュール。
【請求項8】
前記キャリアの表面に第1の凸部が位置し、
前記接合領域は前記第1の凸部と接合する請求項1から7のいずれかに記載の光モジュール。
【請求項9】
干渉計を有する基板の底面の一部の領域であって、前記干渉計が占める前記基板上の領域に対応する前記底面の別の一部の領域が含まれない接合領域に、前記基板を搭載するキャリアを接合する光モジュールの製造方法。
【請求項10】
前記接合領域は、前記基板の底面に設けられた金属膜をパターニングして形成され、
前記金属膜を有する部分を前記接合領域として、半田付けにより、前記キャリアを前記接合領域に接合する請求項9に記載の光モジュールの製造方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【図11】
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【図12】
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