光機能素子
【課題】迷光が少なく良好なノイズ特性を有し、製造が簡単な光機能素子を提供する。
【解決手段】光源としての発光素子１２と、光導波路２０が形成された誘電体基板１４と、光を電気に変換する受光素子１６と、を備えて、発光素子１２からの光を外部電気信号によって変調し、その変調された光を受光素子１６により電気信号として出力する。光導波路２０は、誘電体基板１４の表面１４ａに形成された、入力導波路部分２０ａと、該入力導波路部分２０ａから分かれ外部電気信号によって変調を受ける変調部分２０ｂ、２０ｃと、該変調部分に繋がる出力導波路部分２０ｄとからなる。発光素子１２及び受光素子１６は、誘電体基板１４の裏面１４ｂ側に配置され、表面１４ａ及び裏面１４ｂに対して直交する方向に沿って光を出射し、または光を受光する。入力導波路部分２０ａの始端、出力導波路部分２０ｄの終端には、ミラー２６、２８が設けられる。
【解決手段】光源としての発光素子１２と、光導波路２０が形成された誘電体基板１４と、光を電気に変換する受光素子１６と、を備えて、発光素子１２からの光を外部電気信号によって変調し、その変調された光を受光素子１６により電気信号として出力する。光導波路２０は、誘電体基板１４の表面１４ａに形成された、入力導波路部分２０ａと、該入力導波路部分２０ａから分かれ外部電気信号によって変調を受ける変調部分２０ｂ、２０ｃと、該変調部分に繋がる出力導波路部分２０ｄとからなる。発光素子１２及び受光素子１６は、誘電体基板１４の裏面１４ｂ側に配置され、表面１４ａ及び裏面１４ｂに対して直交する方向に沿って光を出射し、または光を受光する。入力導波路部分２０ａの始端、出力導波路部分２０ｄの終端には、ミラー２６、２８が設けられる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源としての発光素子と、光導波路が形成された誘電体基板と、光を電気に変換する受光素子と、を備えて、光源からの光を外部電気信号によって変調し、その変調された光を受光素子により電気信号として出力する光機能素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の変調機能を持つ光機能素子としては、特許文献１または２に記載されたものが知られており、これらの特許文献に記載された構成は概ね図２２に示すものとなっている。
【０００３】
図において、１１２は光源としての発光素子、１１４は誘電体基板、１１６は受光素子であり、誘電体基板１１４上には、光導波路１２０が形成されて、光導波路１２０は、例えば、マッハツェンダ型の光干渉器を構成しており、発光素子１１２と受光素子１１６は、光導波路１２０の両側に対向するように配置されている。
【０００４】
そして、発光素子１１２から出力された光は集光レンズ１２２によって集光されて、誘電体基板１１４の端面から光導波路１２０の一端へと入射される。光導波路１２０において、外部電気信号によって変調された光は、光導波路１２０の他端から出射し、集光レンズ１２４によって集光されて、受光素子１１６によって受光される。
【０００５】
【特許文献１】特開平６−２７４２７号公報
【特許文献２】特開２００３−１３１１８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来の構成による光機能素子においては、光源である発光素子と受光素子とが対向しているために、迷光が多くノイズ特性が劣化するという問題がある。
【０００７】
さらには、誘電体基板の端面から光が入射されるために、誘電体基板の元のウエハのダイシング作業を行った後、切削面である端面の研磨作業が必要になり手間がかかる、という問題がある。
【０００８】
本発明は、かかる課題に鑑みなされたもので、その目的は、迷光が少なく良好なノイズ特性を有し、製造が簡単な光機能素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明は、光源としての発光素子と、光導波路が形成された誘電体基板と、光を電気に変換する受光素子と、を備えて、前記発光素子からの光を外部電気信号によって変調し、その変調された光を前記受光素子により電気信号として出力する光機能素子において、
前記光導波路は、前記誘電体基板の板面に平行な平面上に形成された、入力導波路部分と、該入力導波路部分に繋がり前記外部電気信号によって変調を受ける変調部分と、該変調部分に繋がる出力導波路部分とからなり、
前記発光素子は、前記平面に対して直交する方向に沿って前記入力導波路部分の始端に向けて光を出射するものであり、
前記入力導波路部分の前記始端には、前記平面に対して直交する方向からの光を入力導波路部分に向ける変向手段が設けられることを特徴とする。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の前記出力導波路部分の終端に、出力導波路部分を伝搬する光を、前記平面に対して直交する方向に向ける第２変向手段が設けられ、
前記受光素子は、第２変向手段により変向し、前記平面に対して直交する方向を伝搬する光を受光することを特徴とする。
【００１１】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の前記平面が前記誘電体基板の表面であり、前記発光素子は前記誘電体基板の裏面側に配置されることを特徴とする。
【００１２】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の前記受光素子が前記誘電体基板の裏面側に配置されることを特徴とする。
【００１３】
請求項５記載の発明は、請求項３記載の前記受光素子が前記誘電体基板の表面側に配置されることを特徴とする。
【００１４】
請求項６記載の発明は、請求項１または２記載の前記平面が前記誘電体基板の表面であり、前記発光素子及び前記受光素子は前記誘電体基板の表面側に配置されることを特徴とする。
【００１５】
請求項７記載の発明は、請求項１ないし６のいずれか１項に記載の前記誘電体基板の入力導波路部分の始端の近傍に、入力導波路部分の始端からの距離及び方向が既知となり、調整時に発光素子からの光点を一致させるためのマーカーが形成されることを特徴とする。
【００１６】
請求項８記載の発明は、請求項１ないし７のいずれか１項に記載の前記平面上には、光導波路の両側に導電性パターンが形成されており、該導電性パターンは互いに導電部材によって接続されることを特徴とする。
【００１７】
請求項９記載の発明は、請求項８記載の前記誘電体基板の側面に、前記導電性パターンと導通する導電性材料が塗布されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、発光素子から出射される光の方向と光導波路を伝搬する光の方向とが異なり、発光素子と受光素子とを対向させないようにすることができるために、迷光を低減させることができノイズ特性を良好にすることができる。また、誘電体基板の端面を入射面とする必要がないので、端面の研磨作業を不要にすることができる。
【００１９】
請求項２記載の発明によれば、発光素子から出射される光の方向と光導波路を伝搬する光の方向と受光素子の受光する光の方向とが全て整列しないようにすることができるために、迷光を一層確実に低減させることができる。
【００２０】
請求項３記載の発明によれば、裏面側にある発光素子からの光点の位置を誘電体基板の表面内における位置として視覚的に捉えることができるので、その光点の位置を前記入力導波路部分の始端に合わせることによって、容易に発光素子の位置調整を行うことができるようになる。
【００２１】
請求項４記載の発明によれば、発光素子から出射される光の方向と光導波路を伝搬する光の方向と受光素子の受光する光の方向とが全て整列せず、異なる方向を向くようにすることができるために、迷光を一層確実に低減させることができる。
【００２２】
請求項５記載の発明によれば、発光素子から出射される光の方向と光導波路を伝搬する光の方向と受光素子の受光する光の方向とが全て整列しないようにすることができるために、迷光を一層確実に低減させることができる。
【００２３】
請求項６記載の発明によれば、発光素子から出射される光の方向と光導波路を伝搬する光の方向と受光素子の受光する光の方向とが全て整列せず、異なる方向を向くようにすることができるために、迷光を一層確実に低減させることができる。さらには、発光素子と受光素子とが表面側に配置されるために、誘電体基板と併せて全体として平面基板とすることができるので、取扱が容易となる。
【００２４】
請求項７記載の発明によれば、発光素子からの光点をマーカーに一致させるようにモニタリングしながら調整し、マーカーから既知の距離及び方向にさらに移動させることで、発光素子からの光点を入力導波路部分の始端に一致させることができる。
【００２５】
請求項８及び９記載の発明によれば、誘電体基板の両側に形成された導電性パターンを接続することで、前記平面に平行で且つ誘電体基板の光導波路に対して直交する方向に発生する可能性のある熱起電力（焦電効果）を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の光機能素子の全体斜視図であり、図２はその破断斜視図、図３は平面図、図４は縦断面図である。
【００２７】
図において、光機能素子１０は、光源としての発光素子１２と、光導波路が形成された誘電体基板１４と、光を電気に変換する受光素子１６と、を備えている。
【００２８】
発光素子１２は、発光ダイオード、レーザを用いることができ、その中でも、スーパールミネセントダイオード、面発光レーザなどを使用することができる。受光素子１６は、フォトダイオードを用いることができる。
【００２９】
誘電体基板１４は、電気光学効果を持つ誘電体結晶、例えばニオブ酸リチウムから構成され、ｘカットで、その表面１４ａにｙ軸方向に沿ってチタン拡散又はアニールドプロトン交換により約５μｍ程度の幅のシングルモードの光導波路２０が形成される。
【００３０】
光導波路２０は、誘電体基板１４の板面に平行な平面である表面１４ａに形成された、１つの直線状の入力導波路部分２０ａと、該入力導波路部分２０ａからＹ分岐により分かれた２つの分岐導波路部分２０ｂ、２０ｃと、該２つの分岐導波路部分２０ｂ、２０ｃがＹ分岐により合流された１つの直線状の出力導波路部分２０ｄとからなる。
【００３１】
２つの分岐導波路部分２０ｂ、２０ｃは変調部分を構成しており、その長さが約λ／４（λは使用する光の導波路内での波長）だけ差異があるように形成される。各分岐導波路部分２０ｂ、２０ｃを挟み、一対の電極２２、２４が形成されている。
【００３２】
誘電体基板１４の表面１４ａには、光導波路２０の入力導波路部分２０ａに直交するようにして、表面１４ａに対して４５度の傾斜角度をなす斜面を持つ断面Ｖ字状の切り込み１４ｃが形成され、出力導波路部分２０ｄに直交するようにして、表面１４ａに対して４５度の傾斜角度をなす斜面を持つ断面Ｖ字状の切り込み１４ｄが形成される。この切り込み１４ｃ、１４ｄは、誘電体基板１４として切り出す前のウエハに対するダイシング作業で複数の誘電体基板１４に渡り一括して形成することが可能である。
【００３３】
Ｖ字状の切り込み１４ｃの入力導波路部分２０ａと接する側の傾斜角度４５度の斜面（入力導波路部分２０ａの始端となる）には、図５に示したように、反射膜が付着されて、変向手段を構成するミラー２６が形成される。同様に、Ｖ字状の切り込み１４ｄの出力導波路部分２０ｄと接する側の傾斜角度４５度の斜面（出力導波路部分２０ｄの終端となる）には、反射膜が付着されて、第２変向手段を構成するミラー２８が形成される。それぞれの反射膜は金蒸着により形成することができ、反射膜を形成した後、Ｖ字状の切り込みは、誘電体基板１４と屈折率が等しいか近似する屈折率を持つ物質で充填されるとよい。但し、図面においては、この充填物質は図示省略とする。変向手段としてのミラー２６、２８としては、反射膜から構成する他に、図６に示すような４５度の傾斜溝に挿入したマイクロミラーで構成することも可能である。または、光導波路部分２０ａ、２０ｄの端部の傾斜面自体で大きな反射率がある場合には、それ自体を変向手段として、別個の反射膜等の手段は省略可能である。
【００３４】
誘電体基板１４の裏面１４ｂ側には、全面的に反射防止膜（ＡＲコート）が付着されているとよい。反射防止膜は、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２膜から構成することができ、この膜の形成は誘電体基板１４として切り出す前のウエハに対して一括して形成することが可能である。
【００３５】
そして、誘電体基板１４の裏面側には、発光素子１２及び受光素子１６を支持するための取付板３０が設けられる。取付板３０は、放熱性のよいセラミックス又は金属で構成することができる。取付板３０には、図４に示すように、前記切り込み１４ｃ、１４ｄとその長手方向が一致する縦孔３０ａ、３０ｂが形成されている。
【００３６】
縦孔３０ａには、発光素子１２を保持するとともに誘電体基板１４に固着される高剛性の例えば金属製の円筒状ホルダ３２が取り付けられる。円筒状ホルダ３２の上端にはフランジ３２ａが形成されており、フランジ３２ａが誘電体基板１４の下面に取り付けられて、誘電体基板１４に固着される。
【００３７】
フランジ３２ａの表面の一部には図７及び図８に示したように、環状溝３２ｂが形成されており、環状溝３２ｂ内には紫外線硬化樹脂が充填されており、該紫外線硬化樹脂を接着材として円筒状ホルダ３２と誘電体基板１４とが接着される。紫外線硬化樹脂が紫外線の照射を受けて硬化した時に収縮することで、フランジ３２ａの環状溝３２ｂ以外の部分が、誘電体基板１４に対して接触して、フランジ面で誘電体基板１４を保持することができる。また、紫外線硬化樹脂が硬化する前に、該樹脂が円筒状ホルダ３２の内側に浸み出すことを防ぐために、円筒状ホルダ３２のフランジ３２ａの内周面の境界部分にＯリング、高表面張力材、などの水密保護部材３３（図８）を設けてもよい。こうして、環状溝３２ｂによって円周方向に亘り円筒状ホルダ３２と誘電体基板１４とが接着されるために、誘電体基板１４の前記平面内の２軸方向において確実に固着を図ることができる。尚、環状溝３２ｂとする代わりに、図９に示したような、円周方向に等間隔で形成された複数の径方向溝３２ｃとすることも可能である。また、溝３２ｂ、３２ｃに紫外線硬化樹脂を充填する代わりに、フランジ面を誘電体基板１４に半田溶接することも可能である。尚、フランジ３２ａが全周に亘り誘電体基板１４に固着される必要はなく、図７（ｂ）に示すように、フランジ３２ａの一部は誘電体基板１４からはみ出すようになっていてもよい。
【００３８】
発光素子１２は、円筒状ホルダ３２にレーザ溶接等により図１０に示すように、周方向に等間隔（通常１２０度間隔で３点）で溶接されて、誘電体基板１４の表面１４ａ及び裏面１４ｂに直交する方向に沿って前記入力導波路部分２０ａの始端に向けて光を出射するようになっている。発光素子１２は、ＣＡＮタイプ、チップタイプのいずれのタイプのものも利用可能であるが、この図示例のようにＣＡＮタイプとすることによって、発光素子自体の気密性を図ることができ、別途の気密構造は不要となる。
【００３９】
発光素子１２と入力導波路部分２０ａの始端との間には集光レンズ３４が設けられる。集光レンズ３４によって、発光素子１２からの光を高効率で光導波路２０に結合させることができる。集光レンズ３４は、発光素子１２と別に円筒状ホルダ３２の内周面に取り付けられてもよいが、ＣＡＮタイプの発光素子１２と一体になったものでも良く、または誘電体基板１４の裏面１４ｂに一体に固着されたものであってもよい。
【００４０】
円筒状ホルダ３２の内周面と発光素子１２の外周面との間には両者の固着をする前に、調整可能な僅かなクリアランスが設けられている。この発光素子１２の円筒状ホルダ３２への固着に際しては、発光素子１２の発光面の集光レンズ３４により形成される像の面積が小さい（１０μｍ以下）ので確実に入力導波路部分２０ａの始端へ光を伝搬させるための配慮が必要となる。従来の構成のように、誘電体基板１４の端面から光を入射する構成であると、光導波路に結合されたかどうかの確認が視覚的手段によってできず、調整が困難であるという問題がある。本実施形態では、誘電体基板１４の裏面側に発光素子１２が配置されているので、誘電体基板１４の表面側から発光素子１２からの光を視覚的に確認することができ、調整が容易にできる、という特徴がある。
【００４１】
調整作業をさらに容易にするため、図１１に示すように、誘電体基板１４の表面にはマーク１４ｍが形成されている。このマーク１４ｍは、基板作製プロセスで同時に形成することが可能であり、Ｃｒ等でパターンニングするとよい。マーク１４ｍの位置は、ミラー２６の近傍で所定距離、所定の方向に離れた位置に決められる。
【００４２】
調整作業においては、誘電体基板１４の表面上方に設置したＣＣＤカメラにより、発光素子１２からの光が誘電体基板１４に当たった光点の位置を撮像し、円筒状ホルダ３２内での発光素子１２の位置を調整する。ミラー２６に当たった光点を表面側から撮像することはできないので、まず、光点がマーク１４ｍに一致するように発光素子１２の表面１４ａに平行な面内の位置及び／または該平行な面に対する発光素子１２の傾きを調整し、且つマーク１４ｍの所でピントを結ぶように発光素子１２の上下位置を粗調整する。そして、図１２に示すように、光点がマーク１４ｍに一致してピントが合ったならば、発光素子１２の位置を前記マーク１４ｍから所定距離、所定の方向に移動させることで、ミラー２６の位置にくるように調整する。そして、位置決めされた状態で、前記レーザ溶接により、発光素子１２を円筒状ホルダ３２に固着する。
【００４３】
マーク１４ｍの位置はミラー２６近傍の任意の位置とすることができるが、図１３に示すように光導波路２０を横切るように設けられてもよい。これによって、マーク１４ｍに沿って光導波路２０へと光点を移動させた後、光導波路２０に沿った方向に所定距離、移動させることで、光点をミラー２６の位置にくるように調整することができる。
【００４４】
図４に戻り、取付板３０の縦孔３０ｂには、受光素子１６を保持するとともに誘電体基板１４を支持する高剛性の金属製の円筒状ホルダ３８が取り付けられる。円筒状ホルダ３８の上端にはフランジ３８ａが形成されており、フランジ３８ａは誘電体基板１４の裏面１４ｂを支持している。但し、円筒状ホルダ３８のフランジ３８ａは裏面１４ｂと接触するだけとなっており、裏面１４ｂに固定されない。これによって、誘電体基板１４をその一端にある円筒状ホルダ３２によってのみ拘束し、温度変化・振動等による誘電体基板１４の応力の発生を防ぐ。但し、フランジ３８ａと裏面１４ｂとの間には、肉薄の弾性シートまたはコーティング３９が介挿されるとよい。
【００４５】
受光素子１６は、円筒状ホルダ３８にレーザ溶接等により周方向に等間隔（通常１２０度間隔で３点）で溶接されて、前記出力導波路部分２０ｄの終端からミラー２８を反射して誘電体基板１４の表面１４ａ及び裏面１４ｂに直交する方向に沿って伝搬した光を受光するようになっている。出力導波路部分２０ｄの終端と受光素子１６との間には集光レンズ４０が設けられる。発光素子１２と同様に、受光素子１６は、ＣＡＮタイプ、チップタイプのいずれのタイプのものも利用可能であるが、この図示例のようにＣＡＮタイプとすることによって、発光素子自体の気密性を図ることができ、別途の気密構造は不要となる。
【００４６】
集光レンズ４０は、受光素子１６と別に円筒状ホルダ３８の内周面に取り付けられてもよいが、ＣＡＮタイプの受光素子１６と一体になったものでもよい。集光レンズ４０によって、光導波路２０からの光を高効率で受光素子１６に結合させることができる。
【００４７】
受光素子１６の受光面は、発光素子１２の発光面に比較して大きい（１００μｍ以上）ので、発光素子１２の調整程の精密さは要求されずに、円筒状ホルダ３８に取り付けることができる。
【００４８】
尚、円筒状ホルダ３８を誘電体基板１４に直接的又は間接的に接触させる代わりに、図１４に示すように、離間させて、取付板３０と誘電体基板１４との間に弾性部材４１を介挿させることでもよい。弾性部材としてはＲＴＶゴム、テフロン（登録商標）等から構成することができる。
【００４９】
誘電体基板１４には、その表面１４ａの切り込み１４ｃ、１４ｄよりも外側に、それぞれ切り込み１４ｃ、１４ｄと平行な断面Ｖ字状の迷光防止用切り込み１４ｇ、１４ｈが形成され、裏面１４ｂには、図１５に示すように、前記切り込み１４ｃ、１４ｄと直交する方向に延びる断面Ｖ字状またはＵ字状の迷光防止用切り込み１４ｉ、１４ｊが形成されている。
【００５０】
以上のように構成される光機能素子１０においては、発光素子１２から誘電体基板１４の表面１４ａ及び裏面１４ｂに直交する方向に出射される光が集光レンズ３４によってミラー２６に集光され、ミラー２６で９０度変向されて、光導波路２０の入力導波路部分２０ａを伝搬した後、分岐導波路部分２０ｂ、２０ｃに分岐される。
【００５１】
電極２２、２４に外部電気信号が入力されることにより、分岐導波路部分２０ｂ、２０ｃを伝搬する光に対して電気光学効果による屈折率の変化により互いに反対のプッシュプル位相変調がなされ、これらの変調された光が合波されて出力導波路部分２０ｄに出力されるようになっている。合波により、変調信号に応じた信号が出力されることになる。
【００５２】
出力導波路部分２０ｄを伝搬した光は、ミラー２８によって誘電体基板１４と直交する方向に変向されて、集光レンズ４０で集光されて、受光素子１６で受光されて電気信号に変換される。
【００５３】
以上の実施形態による光機能素子１０においては次のような効果を奏する。
・発光素子１２から出射された光が９０度変向して、光導波路２０を伝搬し、光導波路２０の変調部分を経た光が９０度変向して受光素子１６に受光されており、出射方向と受光方向が１８０度異なるために、迷光を極力防ぐことができる。
・集光レンズ３４、４０によって、光の拡散を防ぐことにより、より一層迷光を防ぐことができ、発光素子と光導波路、及び光導波路と発光素子との間の結合効率を高めることができる。
・誘電体基板１４の表面１４ａに形成された迷光防止用切り込み１４ｇ、１４ｈ、及び裏面１４ｂに形成された迷光防止用切り込み１４ｉ，１４ｊ（図１５）によってさらに迷光を一層確実に防止することができる。迷光防止用切り込み１４ｇは、切り込み１４ｃにおいてミラー２６のある側と反対側の斜面に反射して表面１４ａと平行に伝搬する光を、９０度変向させて、再び発光素子１２に戻らないようにする。同様に、迷光防止用切り込み１４ｈは、誘電体基板１４の裏面１４ｂで反射して切り込み１４ｄにおいてミラー２８のある側と反対側の斜面に反射して表面１４ａと平行に伝搬する光を、９０度変向させて、受光素子１６に行かないようにする。
迷光防止用切り込み１４ｉ、１４ｊは、誘電体基板１４内の迷光を変向させて外部に出さないようにして、誘電体基板１４側面での反射等を防ぐようになっている。
【００５４】
・また、この実施形態においては、発光素子１２と誘電体基板１４との位置調整を表面側から視覚的にモニタリングすることができるので、高速且つ容易に、また必要に応じて自動的に調整作業を行うことができる。発光素子１２の光点を一致させるべきマーク１４ｍによって調整をより一層容易に行うことができる。上記に説明したように発光素子１２の位置を調整する代わりに、誘電体基板１４の位置を調整することとしてもよい。
・また、この実施形態においては、発光素子１２と受光素子１６としてＣＡＮタイプを使用することにより、素子の気密性を持たせることができる。
・また、この実施形態においては、誘電体基板１４の裏面から光を入射しており、誘電体基板１４の端面から光を入射する必要がないために、ウエハのダイシングによる切り出しによって粗面となった誘電体基板１４の端面を研磨する必要がない。
【００５５】
次に、図１６は、本発明の第２実施形態を表す図である。この例では、受光素子１６を誘電体基板１４の表面１４ａ側に配置しており、受光素子１６は、誘電体基板１４の表面１４ａ側に半田バンプ４２によって固着される。この構成によれば、受光素子１６としてベアチップタイプのものも使用することができるようになる。誘電体基板１４の表面１４ａには切り込み１４ｄ’が形成され、該切り込み１４ｄ’は、一方の面が表面１４ａに対して直交する面となり、他方の面が表面１４ａに対して４５度の角度となっている。そして、傾斜角度が４５度となった斜面には好ましくは反射膜が付着されて、第２変向手段を構成するミラー２８となっている。
【００５６】
または、図１７に示すように、切り込み１４ｄ’を形成する代わりに、誘電体基板１４の端面を４５度角度に傾斜させても良く、さらには、この出力導波路部分２０ｄの終端となる傾斜面にミラー２８となる反射膜を付着してもよい。
【００５７】
この例においても、第１実施形態と同様の作用・効果が得られる。この場合には、受光素子１６としてベアチップタイプも好適に使用することができ、縦孔３０ｂ、円筒状ホルダ３８を省略することが可能である。受光素子１６については、その受光面が発光素子１２の発光面よりも大きく、調整が困難でないために、この例の構成でも、調整は容易に行うことができる。
【００５８】
図１８は、本発明の第３実施形態を表す図である。この例では、発光素子１２及び受光素子１６を誘電体基板１４の表面１４ａ側に配置しており、発光素子１２と受光素子１６は、誘電体基板１４の表側に半田バンプ４２によって固着される。この構成によれば、受光素子１２、１６としてベアチップタイプのものも使用することができるようになる。
【００５９】
誘電体基板１４の表面１４ａには切り込み１４ｃ’が形成され、該切り込み１４ｃ’は、一方の面が表面１４ａに対して直交する面となり、他方の面が表面１４ａに対して４５度の角度となっている。そして、傾斜角度が４５度となった斜面には好ましくは反射膜が付着されて、変向手段を構成するミラー２６となっている。また、切り込み１４ｄ’が形成され、該切り込み１４ｄ’は、一方の面が表面１４ａに対して直交する面となり、他方の面が表面１４ａに対して４５度の角度となっている。そして、傾斜角度が４５度となった斜面には好ましくは反射膜が付着されて、第２変向手段を構成するミラー２８となっている。
【００６０】
この例の場合には、発光素子１２及び受光素子１６と光導波路２０とが密接するので、レンズ３４、４０を不要とすることができる。
【００６１】
または、図１９に示すように、取付部品５０，５０を介して発光素子１２、１６を誘電体基板１４に取り付けることも可能である。
【００６２】
この例においても、第１実施形態と同じ効果を奏することができる。この例においては、表面１４ａ側から光点を捉えての発光素子１２の調整はできないが、発光素子１２及び受光素子１６がチップタイプであるので、その取り付けが容易であり、発光素子１２及び受光素子１６を誘電体基板１４の表面１４ａ側に貼り合わせることで、容易に行うことができる。さらには、発光素子１２及び受光素子１６を誘電体基板１４と併せて全体として平面基板とすることができるので取扱が容易となる。
【００６３】
図２０は本発明の第４実施形態を表す斜視図である。
誘電体基板１４は、ｚ軸方向に熱起電力が働く（焦電効果）ので、これを避けるために、誘電体基板１４の両側面を短絡する必要がある。そのための対策として、図２０に示すように誘電体基板１４の表面１４ａの光導波路２０の両側にさらに、金属パターン（例えば金パターン）１４ｎ、１４ｎを形成し、これらの金属パターン１４ｎ、１４ｎを光導波路２０に影響の出ない導電部材である細いパターンで接続するか、またはワイヤーで接続するとよい。さらには、図２１に示すように、誘電体基板１４の両側面に導電性塗料１４ｏを金属パターン１４ｎに接触するように塗布するとよい。これによって、図４または図１４に示したような片持ちで誘電体基板１４を支持している場合にも誘電体基板１４の両側面の短絡を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の光機能素子の全体斜視図である。
【図２】図１の破断斜視図である。
【図３】図１の平面図（説明のため縦横の縮尺比は図１と変えている）である。
【図４】図１の縦断面図である。
【図５】（ａ）は入力導波路部分の始端付近または出力導波路部分の終端付近の拡大斜視図、（ｂ）は入力導波路部分の始端の拡大断面図である。
【図６】入力導波路部分の始端付近の他の例を表す拡大断面図である。
【図７】円筒状ホルダと誘電体基板（仮想線で示す）との関係を示す平面図である。
【図８】円筒状ホルダと誘電体基板の固着状態を示す部分断面図である。
【図９】円筒状ホルダの他の例を表す部分斜視図である。
【図１０】発光素子と円筒状ホルダとの固着状態を示す底面図である。
【図１１】発光素子の調整を表す説明斜視図である。
【図１２】マークと光点の拡大平面図である。
【図１３】別のマークと光導波路と光点の関係を表す拡大平面図である。
【図１４】変形例を表す縦断面図である。
【図１５】誘電体基板の裏面側の斜視図である。
【図１６】本発明の第２実施形態を表す縦断面図である。
【図１７】本発明の第２実施形態の変形例を表す縦断面図である。
【図１８】本発明の第３実施形態を表す縦断面図である。
【図１９】本発明の第３実施形態の変形例を表す縦断面図である。
【図２０】本発明の第４実施形態を表す誘電体基板の斜視図である。
【図２１】本発明の第４実施形態を表す誘電体基板の斜視図である。
【図２２】従来の光機能素子を表す平面図である。
【符号の説明】
【００６５】
１０ 光機能素子
１２ 発光素子
１４ 誘電体基板
１４ａ 表面
１４ｂ 裏面
１４ｎ 金属パターン（導電性パターン）
１４ｏ 導電性塗料（導電性材料）
１６ 受光素子
２０ 光導波路
２０ａ 入力導波路部分
２０ｂ 分岐導波路部分（変調部分）
２０ｃ 分岐導波路部分（変調部分）
２０ｄ 出力導波路部分
２６ ミラー（第１変向手段）
２８ ミラー（第２変向手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源としての発光素子と、光導波路が形成された誘電体基板と、光を電気に変換する受光素子と、を備えて、光源からの光を外部電気信号によって変調し、その変調された光を受光素子により電気信号として出力する光機能素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の変調機能を持つ光機能素子としては、特許文献１または２に記載されたものが知られており、これらの特許文献に記載された構成は概ね図２２に示すものとなっている。
【０００３】
図において、１１２は光源としての発光素子、１１４は誘電体基板、１１６は受光素子であり、誘電体基板１１４上には、光導波路１２０が形成されて、光導波路１２０は、例えば、マッハツェンダ型の光干渉器を構成しており、発光素子１１２と受光素子１１６は、光導波路１２０の両側に対向するように配置されている。
【０００４】
そして、発光素子１１２から出力された光は集光レンズ１２２によって集光されて、誘電体基板１１４の端面から光導波路１２０の一端へと入射される。光導波路１２０において、外部電気信号によって変調された光は、光導波路１２０の他端から出射し、集光レンズ１２４によって集光されて、受光素子１１６によって受光される。
【０００５】
【特許文献１】特開平６−２７４２７号公報
【特許文献２】特開２００３−１３１１８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来の構成による光機能素子においては、光源である発光素子と受光素子とが対向しているために、迷光が多くノイズ特性が劣化するという問題がある。
【０００７】
さらには、誘電体基板の端面から光が入射されるために、誘電体基板の元のウエハのダイシング作業を行った後、切削面である端面の研磨作業が必要になり手間がかかる、という問題がある。
【０００８】
本発明は、かかる課題に鑑みなされたもので、その目的は、迷光が少なく良好なノイズ特性を有し、製造が簡単な光機能素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明は、光源としての発光素子と、光導波路が形成された誘電体基板と、光を電気に変換する受光素子と、を備えて、前記発光素子からの光を外部電気信号によって変調し、その変調された光を前記受光素子により電気信号として出力する光機能素子において、
前記光導波路は、前記誘電体基板の板面に平行な平面上に形成された、入力導波路部分と、該入力導波路部分に繋がり前記外部電気信号によって変調を受ける変調部分と、該変調部分に繋がる出力導波路部分とからなり、
前記発光素子は、前記平面に対して直交する方向に沿って前記入力導波路部分の始端に向けて光を出射するものであり、
前記入力導波路部分の前記始端には、前記平面に対して直交する方向からの光を入力導波路部分に向ける変向手段が設けられることを特徴とする。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の前記出力導波路部分の終端に、出力導波路部分を伝搬する光を、前記平面に対して直交する方向に向ける第２変向手段が設けられ、
前記受光素子は、第２変向手段により変向し、前記平面に対して直交する方向を伝搬する光を受光することを特徴とする。
【００１１】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の前記平面が前記誘電体基板の表面であり、前記発光素子は前記誘電体基板の裏面側に配置されることを特徴とする。
【００１２】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の前記受光素子が前記誘電体基板の裏面側に配置されることを特徴とする。
【００１３】
請求項５記載の発明は、請求項３記載の前記受光素子が前記誘電体基板の表面側に配置されることを特徴とする。
【００１４】
請求項６記載の発明は、請求項１または２記載の前記平面が前記誘電体基板の表面であり、前記発光素子及び前記受光素子は前記誘電体基板の表面側に配置されることを特徴とする。
【００１５】
請求項７記載の発明は、請求項１ないし６のいずれか１項に記載の前記誘電体基板の入力導波路部分の始端の近傍に、入力導波路部分の始端からの距離及び方向が既知となり、調整時に発光素子からの光点を一致させるためのマーカーが形成されることを特徴とする。
【００１６】
請求項８記載の発明は、請求項１ないし７のいずれか１項に記載の前記平面上には、光導波路の両側に導電性パターンが形成されており、該導電性パターンは互いに導電部材によって接続されることを特徴とする。
【００１７】
請求項９記載の発明は、請求項８記載の前記誘電体基板の側面に、前記導電性パターンと導通する導電性材料が塗布されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、発光素子から出射される光の方向と光導波路を伝搬する光の方向とが異なり、発光素子と受光素子とを対向させないようにすることができるために、迷光を低減させることができノイズ特性を良好にすることができる。また、誘電体基板の端面を入射面とする必要がないので、端面の研磨作業を不要にすることができる。
【００１９】
請求項２記載の発明によれば、発光素子から出射される光の方向と光導波路を伝搬する光の方向と受光素子の受光する光の方向とが全て整列しないようにすることができるために、迷光を一層確実に低減させることができる。
【００２０】
請求項３記載の発明によれば、裏面側にある発光素子からの光点の位置を誘電体基板の表面内における位置として視覚的に捉えることができるので、その光点の位置を前記入力導波路部分の始端に合わせることによって、容易に発光素子の位置調整を行うことができるようになる。
【００２１】
請求項４記載の発明によれば、発光素子から出射される光の方向と光導波路を伝搬する光の方向と受光素子の受光する光の方向とが全て整列せず、異なる方向を向くようにすることができるために、迷光を一層確実に低減させることができる。
【００２２】
請求項５記載の発明によれば、発光素子から出射される光の方向と光導波路を伝搬する光の方向と受光素子の受光する光の方向とが全て整列しないようにすることができるために、迷光を一層確実に低減させることができる。
【００２３】
請求項６記載の発明によれば、発光素子から出射される光の方向と光導波路を伝搬する光の方向と受光素子の受光する光の方向とが全て整列せず、異なる方向を向くようにすることができるために、迷光を一層確実に低減させることができる。さらには、発光素子と受光素子とが表面側に配置されるために、誘電体基板と併せて全体として平面基板とすることができるので、取扱が容易となる。
【００２４】
請求項７記載の発明によれば、発光素子からの光点をマーカーに一致させるようにモニタリングしながら調整し、マーカーから既知の距離及び方向にさらに移動させることで、発光素子からの光点を入力導波路部分の始端に一致させることができる。
【００２５】
請求項８及び９記載の発明によれば、誘電体基板の両側に形成された導電性パターンを接続することで、前記平面に平行で且つ誘電体基板の光導波路に対して直交する方向に発生する可能性のある熱起電力（焦電効果）を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の光機能素子の全体斜視図であり、図２はその破断斜視図、図３は平面図、図４は縦断面図である。
【００２７】
図において、光機能素子１０は、光源としての発光素子１２と、光導波路が形成された誘電体基板１４と、光を電気に変換する受光素子１６と、を備えている。
【００２８】
発光素子１２は、発光ダイオード、レーザを用いることができ、その中でも、スーパールミネセントダイオード、面発光レーザなどを使用することができる。受光素子１６は、フォトダイオードを用いることができる。
【００２９】
誘電体基板１４は、電気光学効果を持つ誘電体結晶、例えばニオブ酸リチウムから構成され、ｘカットで、その表面１４ａにｙ軸方向に沿ってチタン拡散又はアニールドプロトン交換により約５μｍ程度の幅のシングルモードの光導波路２０が形成される。
【００３０】
光導波路２０は、誘電体基板１４の板面に平行な平面である表面１４ａに形成された、１つの直線状の入力導波路部分２０ａと、該入力導波路部分２０ａからＹ分岐により分かれた２つの分岐導波路部分２０ｂ、２０ｃと、該２つの分岐導波路部分２０ｂ、２０ｃがＹ分岐により合流された１つの直線状の出力導波路部分２０ｄとからなる。
【００３１】
２つの分岐導波路部分２０ｂ、２０ｃは変調部分を構成しており、その長さが約λ／４（λは使用する光の導波路内での波長）だけ差異があるように形成される。各分岐導波路部分２０ｂ、２０ｃを挟み、一対の電極２２、２４が形成されている。
【００３２】
誘電体基板１４の表面１４ａには、光導波路２０の入力導波路部分２０ａに直交するようにして、表面１４ａに対して４５度の傾斜角度をなす斜面を持つ断面Ｖ字状の切り込み１４ｃが形成され、出力導波路部分２０ｄに直交するようにして、表面１４ａに対して４５度の傾斜角度をなす斜面を持つ断面Ｖ字状の切り込み１４ｄが形成される。この切り込み１４ｃ、１４ｄは、誘電体基板１４として切り出す前のウエハに対するダイシング作業で複数の誘電体基板１４に渡り一括して形成することが可能である。
【００３３】
Ｖ字状の切り込み１４ｃの入力導波路部分２０ａと接する側の傾斜角度４５度の斜面（入力導波路部分２０ａの始端となる）には、図５に示したように、反射膜が付着されて、変向手段を構成するミラー２６が形成される。同様に、Ｖ字状の切り込み１４ｄの出力導波路部分２０ｄと接する側の傾斜角度４５度の斜面（出力導波路部分２０ｄの終端となる）には、反射膜が付着されて、第２変向手段を構成するミラー２８が形成される。それぞれの反射膜は金蒸着により形成することができ、反射膜を形成した後、Ｖ字状の切り込みは、誘電体基板１４と屈折率が等しいか近似する屈折率を持つ物質で充填されるとよい。但し、図面においては、この充填物質は図示省略とする。変向手段としてのミラー２６、２８としては、反射膜から構成する他に、図６に示すような４５度の傾斜溝に挿入したマイクロミラーで構成することも可能である。または、光導波路部分２０ａ、２０ｄの端部の傾斜面自体で大きな反射率がある場合には、それ自体を変向手段として、別個の反射膜等の手段は省略可能である。
【００３４】
誘電体基板１４の裏面１４ｂ側には、全面的に反射防止膜（ＡＲコート）が付着されているとよい。反射防止膜は、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２膜から構成することができ、この膜の形成は誘電体基板１４として切り出す前のウエハに対して一括して形成することが可能である。
【００３５】
そして、誘電体基板１４の裏面側には、発光素子１２及び受光素子１６を支持するための取付板３０が設けられる。取付板３０は、放熱性のよいセラミックス又は金属で構成することができる。取付板３０には、図４に示すように、前記切り込み１４ｃ、１４ｄとその長手方向が一致する縦孔３０ａ、３０ｂが形成されている。
【００３６】
縦孔３０ａには、発光素子１２を保持するとともに誘電体基板１４に固着される高剛性の例えば金属製の円筒状ホルダ３２が取り付けられる。円筒状ホルダ３２の上端にはフランジ３２ａが形成されており、フランジ３２ａが誘電体基板１４の下面に取り付けられて、誘電体基板１４に固着される。
【００３７】
フランジ３２ａの表面の一部には図７及び図８に示したように、環状溝３２ｂが形成されており、環状溝３２ｂ内には紫外線硬化樹脂が充填されており、該紫外線硬化樹脂を接着材として円筒状ホルダ３２と誘電体基板１４とが接着される。紫外線硬化樹脂が紫外線の照射を受けて硬化した時に収縮することで、フランジ３２ａの環状溝３２ｂ以外の部分が、誘電体基板１４に対して接触して、フランジ面で誘電体基板１４を保持することができる。また、紫外線硬化樹脂が硬化する前に、該樹脂が円筒状ホルダ３２の内側に浸み出すことを防ぐために、円筒状ホルダ３２のフランジ３２ａの内周面の境界部分にＯリング、高表面張力材、などの水密保護部材３３（図８）を設けてもよい。こうして、環状溝３２ｂによって円周方向に亘り円筒状ホルダ３２と誘電体基板１４とが接着されるために、誘電体基板１４の前記平面内の２軸方向において確実に固着を図ることができる。尚、環状溝３２ｂとする代わりに、図９に示したような、円周方向に等間隔で形成された複数の径方向溝３２ｃとすることも可能である。また、溝３２ｂ、３２ｃに紫外線硬化樹脂を充填する代わりに、フランジ面を誘電体基板１４に半田溶接することも可能である。尚、フランジ３２ａが全周に亘り誘電体基板１４に固着される必要はなく、図７（ｂ）に示すように、フランジ３２ａの一部は誘電体基板１４からはみ出すようになっていてもよい。
【００３８】
発光素子１２は、円筒状ホルダ３２にレーザ溶接等により図１０に示すように、周方向に等間隔（通常１２０度間隔で３点）で溶接されて、誘電体基板１４の表面１４ａ及び裏面１４ｂに直交する方向に沿って前記入力導波路部分２０ａの始端に向けて光を出射するようになっている。発光素子１２は、ＣＡＮタイプ、チップタイプのいずれのタイプのものも利用可能であるが、この図示例のようにＣＡＮタイプとすることによって、発光素子自体の気密性を図ることができ、別途の気密構造は不要となる。
【００３９】
発光素子１２と入力導波路部分２０ａの始端との間には集光レンズ３４が設けられる。集光レンズ３４によって、発光素子１２からの光を高効率で光導波路２０に結合させることができる。集光レンズ３４は、発光素子１２と別に円筒状ホルダ３２の内周面に取り付けられてもよいが、ＣＡＮタイプの発光素子１２と一体になったものでも良く、または誘電体基板１４の裏面１４ｂに一体に固着されたものであってもよい。
【００４０】
円筒状ホルダ３２の内周面と発光素子１２の外周面との間には両者の固着をする前に、調整可能な僅かなクリアランスが設けられている。この発光素子１２の円筒状ホルダ３２への固着に際しては、発光素子１２の発光面の集光レンズ３４により形成される像の面積が小さい（１０μｍ以下）ので確実に入力導波路部分２０ａの始端へ光を伝搬させるための配慮が必要となる。従来の構成のように、誘電体基板１４の端面から光を入射する構成であると、光導波路に結合されたかどうかの確認が視覚的手段によってできず、調整が困難であるという問題がある。本実施形態では、誘電体基板１４の裏面側に発光素子１２が配置されているので、誘電体基板１４の表面側から発光素子１２からの光を視覚的に確認することができ、調整が容易にできる、という特徴がある。
【００４１】
調整作業をさらに容易にするため、図１１に示すように、誘電体基板１４の表面にはマーク１４ｍが形成されている。このマーク１４ｍは、基板作製プロセスで同時に形成することが可能であり、Ｃｒ等でパターンニングするとよい。マーク１４ｍの位置は、ミラー２６の近傍で所定距離、所定の方向に離れた位置に決められる。
【００４２】
調整作業においては、誘電体基板１４の表面上方に設置したＣＣＤカメラにより、発光素子１２からの光が誘電体基板１４に当たった光点の位置を撮像し、円筒状ホルダ３２内での発光素子１２の位置を調整する。ミラー２６に当たった光点を表面側から撮像することはできないので、まず、光点がマーク１４ｍに一致するように発光素子１２の表面１４ａに平行な面内の位置及び／または該平行な面に対する発光素子１２の傾きを調整し、且つマーク１４ｍの所でピントを結ぶように発光素子１２の上下位置を粗調整する。そして、図１２に示すように、光点がマーク１４ｍに一致してピントが合ったならば、発光素子１２の位置を前記マーク１４ｍから所定距離、所定の方向に移動させることで、ミラー２６の位置にくるように調整する。そして、位置決めされた状態で、前記レーザ溶接により、発光素子１２を円筒状ホルダ３２に固着する。
【００４３】
マーク１４ｍの位置はミラー２６近傍の任意の位置とすることができるが、図１３に示すように光導波路２０を横切るように設けられてもよい。これによって、マーク１４ｍに沿って光導波路２０へと光点を移動させた後、光導波路２０に沿った方向に所定距離、移動させることで、光点をミラー２６の位置にくるように調整することができる。
【００４４】
図４に戻り、取付板３０の縦孔３０ｂには、受光素子１６を保持するとともに誘電体基板１４を支持する高剛性の金属製の円筒状ホルダ３８が取り付けられる。円筒状ホルダ３８の上端にはフランジ３８ａが形成されており、フランジ３８ａは誘電体基板１４の裏面１４ｂを支持している。但し、円筒状ホルダ３８のフランジ３８ａは裏面１４ｂと接触するだけとなっており、裏面１４ｂに固定されない。これによって、誘電体基板１４をその一端にある円筒状ホルダ３２によってのみ拘束し、温度変化・振動等による誘電体基板１４の応力の発生を防ぐ。但し、フランジ３８ａと裏面１４ｂとの間には、肉薄の弾性シートまたはコーティング３９が介挿されるとよい。
【００４５】
受光素子１６は、円筒状ホルダ３８にレーザ溶接等により周方向に等間隔（通常１２０度間隔で３点）で溶接されて、前記出力導波路部分２０ｄの終端からミラー２８を反射して誘電体基板１４の表面１４ａ及び裏面１４ｂに直交する方向に沿って伝搬した光を受光するようになっている。出力導波路部分２０ｄの終端と受光素子１６との間には集光レンズ４０が設けられる。発光素子１２と同様に、受光素子１６は、ＣＡＮタイプ、チップタイプのいずれのタイプのものも利用可能であるが、この図示例のようにＣＡＮタイプとすることによって、発光素子自体の気密性を図ることができ、別途の気密構造は不要となる。
【００４６】
集光レンズ４０は、受光素子１６と別に円筒状ホルダ３８の内周面に取り付けられてもよいが、ＣＡＮタイプの受光素子１６と一体になったものでもよい。集光レンズ４０によって、光導波路２０からの光を高効率で受光素子１６に結合させることができる。
【００４７】
受光素子１６の受光面は、発光素子１２の発光面に比較して大きい（１００μｍ以上）ので、発光素子１２の調整程の精密さは要求されずに、円筒状ホルダ３８に取り付けることができる。
【００４８】
尚、円筒状ホルダ３８を誘電体基板１４に直接的又は間接的に接触させる代わりに、図１４に示すように、離間させて、取付板３０と誘電体基板１４との間に弾性部材４１を介挿させることでもよい。弾性部材としてはＲＴＶゴム、テフロン（登録商標）等から構成することができる。
【００４９】
誘電体基板１４には、その表面１４ａの切り込み１４ｃ、１４ｄよりも外側に、それぞれ切り込み１４ｃ、１４ｄと平行な断面Ｖ字状の迷光防止用切り込み１４ｇ、１４ｈが形成され、裏面１４ｂには、図１５に示すように、前記切り込み１４ｃ、１４ｄと直交する方向に延びる断面Ｖ字状またはＵ字状の迷光防止用切り込み１４ｉ、１４ｊが形成されている。
【００５０】
以上のように構成される光機能素子１０においては、発光素子１２から誘電体基板１４の表面１４ａ及び裏面１４ｂに直交する方向に出射される光が集光レンズ３４によってミラー２６に集光され、ミラー２６で９０度変向されて、光導波路２０の入力導波路部分２０ａを伝搬した後、分岐導波路部分２０ｂ、２０ｃに分岐される。
【００５１】
電極２２、２４に外部電気信号が入力されることにより、分岐導波路部分２０ｂ、２０ｃを伝搬する光に対して電気光学効果による屈折率の変化により互いに反対のプッシュプル位相変調がなされ、これらの変調された光が合波されて出力導波路部分２０ｄに出力されるようになっている。合波により、変調信号に応じた信号が出力されることになる。
【００５２】
出力導波路部分２０ｄを伝搬した光は、ミラー２８によって誘電体基板１４と直交する方向に変向されて、集光レンズ４０で集光されて、受光素子１６で受光されて電気信号に変換される。
【００５３】
以上の実施形態による光機能素子１０においては次のような効果を奏する。
・発光素子１２から出射された光が９０度変向して、光導波路２０を伝搬し、光導波路２０の変調部分を経た光が９０度変向して受光素子１６に受光されており、出射方向と受光方向が１８０度異なるために、迷光を極力防ぐことができる。
・集光レンズ３４、４０によって、光の拡散を防ぐことにより、より一層迷光を防ぐことができ、発光素子と光導波路、及び光導波路と発光素子との間の結合効率を高めることができる。
・誘電体基板１４の表面１４ａに形成された迷光防止用切り込み１４ｇ、１４ｈ、及び裏面１４ｂに形成された迷光防止用切り込み１４ｉ，１４ｊ（図１５）によってさらに迷光を一層確実に防止することができる。迷光防止用切り込み１４ｇは、切り込み１４ｃにおいてミラー２６のある側と反対側の斜面に反射して表面１４ａと平行に伝搬する光を、９０度変向させて、再び発光素子１２に戻らないようにする。同様に、迷光防止用切り込み１４ｈは、誘電体基板１４の裏面１４ｂで反射して切り込み１４ｄにおいてミラー２８のある側と反対側の斜面に反射して表面１４ａと平行に伝搬する光を、９０度変向させて、受光素子１６に行かないようにする。
迷光防止用切り込み１４ｉ、１４ｊは、誘電体基板１４内の迷光を変向させて外部に出さないようにして、誘電体基板１４側面での反射等を防ぐようになっている。
【００５４】
・また、この実施形態においては、発光素子１２と誘電体基板１４との位置調整を表面側から視覚的にモニタリングすることができるので、高速且つ容易に、また必要に応じて自動的に調整作業を行うことができる。発光素子１２の光点を一致させるべきマーク１４ｍによって調整をより一層容易に行うことができる。上記に説明したように発光素子１２の位置を調整する代わりに、誘電体基板１４の位置を調整することとしてもよい。
・また、この実施形態においては、発光素子１２と受光素子１６としてＣＡＮタイプを使用することにより、素子の気密性を持たせることができる。
・また、この実施形態においては、誘電体基板１４の裏面から光を入射しており、誘電体基板１４の端面から光を入射する必要がないために、ウエハのダイシングによる切り出しによって粗面となった誘電体基板１４の端面を研磨する必要がない。
【００５５】
次に、図１６は、本発明の第２実施形態を表す図である。この例では、受光素子１６を誘電体基板１４の表面１４ａ側に配置しており、受光素子１６は、誘電体基板１４の表面１４ａ側に半田バンプ４２によって固着される。この構成によれば、受光素子１６としてベアチップタイプのものも使用することができるようになる。誘電体基板１４の表面１４ａには切り込み１４ｄ’が形成され、該切り込み１４ｄ’は、一方の面が表面１４ａに対して直交する面となり、他方の面が表面１４ａに対して４５度の角度となっている。そして、傾斜角度が４５度となった斜面には好ましくは反射膜が付着されて、第２変向手段を構成するミラー２８となっている。
【００５６】
または、図１７に示すように、切り込み１４ｄ’を形成する代わりに、誘電体基板１４の端面を４５度角度に傾斜させても良く、さらには、この出力導波路部分２０ｄの終端となる傾斜面にミラー２８となる反射膜を付着してもよい。
【００５７】
この例においても、第１実施形態と同様の作用・効果が得られる。この場合には、受光素子１６としてベアチップタイプも好適に使用することができ、縦孔３０ｂ、円筒状ホルダ３８を省略することが可能である。受光素子１６については、その受光面が発光素子１２の発光面よりも大きく、調整が困難でないために、この例の構成でも、調整は容易に行うことができる。
【００５８】
図１８は、本発明の第３実施形態を表す図である。この例では、発光素子１２及び受光素子１６を誘電体基板１４の表面１４ａ側に配置しており、発光素子１２と受光素子１６は、誘電体基板１４の表側に半田バンプ４２によって固着される。この構成によれば、受光素子１２、１６としてベアチップタイプのものも使用することができるようになる。
【００５９】
誘電体基板１４の表面１４ａには切り込み１４ｃ’が形成され、該切り込み１４ｃ’は、一方の面が表面１４ａに対して直交する面となり、他方の面が表面１４ａに対して４５度の角度となっている。そして、傾斜角度が４５度となった斜面には好ましくは反射膜が付着されて、変向手段を構成するミラー２６となっている。また、切り込み１４ｄ’が形成され、該切り込み１４ｄ’は、一方の面が表面１４ａに対して直交する面となり、他方の面が表面１４ａに対して４５度の角度となっている。そして、傾斜角度が４５度となった斜面には好ましくは反射膜が付着されて、第２変向手段を構成するミラー２８となっている。
【００６０】
この例の場合には、発光素子１２及び受光素子１６と光導波路２０とが密接するので、レンズ３４、４０を不要とすることができる。
【００６１】
または、図１９に示すように、取付部品５０，５０を介して発光素子１２、１６を誘電体基板１４に取り付けることも可能である。
【００６２】
この例においても、第１実施形態と同じ効果を奏することができる。この例においては、表面１４ａ側から光点を捉えての発光素子１２の調整はできないが、発光素子１２及び受光素子１６がチップタイプであるので、その取り付けが容易であり、発光素子１２及び受光素子１６を誘電体基板１４の表面１４ａ側に貼り合わせることで、容易に行うことができる。さらには、発光素子１２及び受光素子１６を誘電体基板１４と併せて全体として平面基板とすることができるので取扱が容易となる。
【００６３】
図２０は本発明の第４実施形態を表す斜視図である。
誘電体基板１４は、ｚ軸方向に熱起電力が働く（焦電効果）ので、これを避けるために、誘電体基板１４の両側面を短絡する必要がある。そのための対策として、図２０に示すように誘電体基板１４の表面１４ａの光導波路２０の両側にさらに、金属パターン（例えば金パターン）１４ｎ、１４ｎを形成し、これらの金属パターン１４ｎ、１４ｎを光導波路２０に影響の出ない導電部材である細いパターンで接続するか、またはワイヤーで接続するとよい。さらには、図２１に示すように、誘電体基板１４の両側面に導電性塗料１４ｏを金属パターン１４ｎに接触するように塗布するとよい。これによって、図４または図１４に示したような片持ちで誘電体基板１４を支持している場合にも誘電体基板１４の両側面の短絡を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の光機能素子の全体斜視図である。
【図２】図１の破断斜視図である。
【図３】図１の平面図（説明のため縦横の縮尺比は図１と変えている）である。
【図４】図１の縦断面図である。
【図５】（ａ）は入力導波路部分の始端付近または出力導波路部分の終端付近の拡大斜視図、（ｂ）は入力導波路部分の始端の拡大断面図である。
【図６】入力導波路部分の始端付近の他の例を表す拡大断面図である。
【図７】円筒状ホルダと誘電体基板（仮想線で示す）との関係を示す平面図である。
【図８】円筒状ホルダと誘電体基板の固着状態を示す部分断面図である。
【図９】円筒状ホルダの他の例を表す部分斜視図である。
【図１０】発光素子と円筒状ホルダとの固着状態を示す底面図である。
【図１１】発光素子の調整を表す説明斜視図である。
【図１２】マークと光点の拡大平面図である。
【図１３】別のマークと光導波路と光点の関係を表す拡大平面図である。
【図１４】変形例を表す縦断面図である。
【図１５】誘電体基板の裏面側の斜視図である。
【図１６】本発明の第２実施形態を表す縦断面図である。
【図１７】本発明の第２実施形態の変形例を表す縦断面図である。
【図１８】本発明の第３実施形態を表す縦断面図である。
【図１９】本発明の第３実施形態の変形例を表す縦断面図である。
【図２０】本発明の第４実施形態を表す誘電体基板の斜視図である。
【図２１】本発明の第４実施形態を表す誘電体基板の斜視図である。
【図２２】従来の光機能素子を表す平面図である。
【符号の説明】
【００６５】
１０ 光機能素子
１２ 発光素子
１４ 誘電体基板
１４ａ 表面
１４ｂ 裏面
１４ｎ 金属パターン（導電性パターン）
１４ｏ 導電性塗料（導電性材料）
１６ 受光素子
２０ 光導波路
２０ａ 入力導波路部分
２０ｂ 分岐導波路部分（変調部分）
２０ｃ 分岐導波路部分（変調部分）
２０ｄ 出力導波路部分
２６ ミラー（第１変向手段）
２８ ミラー（第２変向手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源としての発光素子と、光導波路が形成された誘電体基板と、光を電気に変換する受光素子と、を備えて、前記発光素子からの光を外部電気信号によって変調し、その変調された光を前記受光素子により電気信号として出力する光機能素子において、
前記光導波路は、前記誘電体基板の板面に平行な平面上にそれぞれ形成された、入力導波路部分と、該入力導波路部分に繋がり前記外部電気信号によって変調を受ける変調部分と、該変調部分に繋がる出力導波路部分とからなり、
前記発光素子は、前記平面に対して直交する方向に沿って前記入力導波路部分の始端に向けて光を出射するものであり、
前記入力導波路部分の前記始端には、前記平面に対して直交する方向からの光を入力導波路部分に向ける変向手段が設けられることを特徴とする光機能素子。
【請求項２】
前記出力導波路部分の終端には、出力導波路部分を伝搬する光を、前記平面に対して直交する方向に向ける第２変向手段が設けられ、
前記受光素子は、第２変向手段により変向し、前記平面に対して直交する方向を伝搬する光を受光することを特徴とする請求項１記載の光機能素子。
【請求項３】
前記平面は前記誘電体基板の表面であり、前記発光素子は前記誘電体基板の裏面側に配置されることを特徴とする請求項１または２記載の光機能素子。
【請求項４】
前記受光素子は前記誘電体基板の裏面側に配置されることを特徴とする請求項３記載の光機能素子。
【請求項５】
前記受光素子は前記誘電体基板の表面側に配置されることを特徴とする請求項３記載の光機能素子。
【請求項６】
前記平面は前記誘電体基板の表面であり、前記発光素子及び前記受光素子は前記誘電体基板の表面側に配置されることを特徴とする請求項１または２記載の光機能素子。
【請求項７】
前記誘電体基板の前記入力導波路部分の始端の近傍には、入力導波路部分の始端からの距離及び方向が既知となり、調整時に発光素子からの光点を一致させるためのマーカーが形成されることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の光機能素子。
【請求項８】
前記平面上には、光導波路の両側に導電性パターンが形成されており、該導電性パターンは互いに導電部材によって接続されることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の光機能素子。
【請求項９】
前記誘電体基板の側面には、前記導電性パターンと導通する導電性材料が塗布されることを特徴とする請求項８記載の光機能素子。
【請求項１】
光源としての発光素子と、光導波路が形成された誘電体基板と、光を電気に変換する受光素子と、を備えて、前記発光素子からの光を外部電気信号によって変調し、その変調された光を前記受光素子により電気信号として出力する光機能素子において、
前記光導波路は、前記誘電体基板の板面に平行な平面上にそれぞれ形成された、入力導波路部分と、該入力導波路部分に繋がり前記外部電気信号によって変調を受ける変調部分と、該変調部分に繋がる出力導波路部分とからなり、
前記発光素子は、前記平面に対して直交する方向に沿って前記入力導波路部分の始端に向けて光を出射するものであり、
前記入力導波路部分の前記始端には、前記平面に対して直交する方向からの光を入力導波路部分に向ける変向手段が設けられることを特徴とする光機能素子。
【請求項２】
前記出力導波路部分の終端には、出力導波路部分を伝搬する光を、前記平面に対して直交する方向に向ける第２変向手段が設けられ、
前記受光素子は、第２変向手段により変向し、前記平面に対して直交する方向を伝搬する光を受光することを特徴とする請求項１記載の光機能素子。
【請求項３】
前記平面は前記誘電体基板の表面であり、前記発光素子は前記誘電体基板の裏面側に配置されることを特徴とする請求項１または２記載の光機能素子。
【請求項４】
前記受光素子は前記誘電体基板の裏面側に配置されることを特徴とする請求項３記載の光機能素子。
【請求項５】
前記受光素子は前記誘電体基板の表面側に配置されることを特徴とする請求項３記載の光機能素子。
【請求項６】
前記平面は前記誘電体基板の表面であり、前記発光素子及び前記受光素子は前記誘電体基板の表面側に配置されることを特徴とする請求項１または２記載の光機能素子。
【請求項７】
前記誘電体基板の前記入力導波路部分の始端の近傍には、入力導波路部分の始端からの距離及び方向が既知となり、調整時に発光素子からの光点を一致させるためのマーカーが形成されることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の光機能素子。
【請求項８】
前記平面上には、光導波路の両側に導電性パターンが形成されており、該導電性パターンは互いに導電部材によって接続されることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の光機能素子。
【請求項９】
前記誘電体基板の側面には、前記導電性パターンと導通する導電性材料が塗布されることを特徴とする請求項８記載の光機能素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【公開番号】特開２００９−１９２９５３（Ｐ２００９−１９２９５３Ａ）
【公開日】平成２１年８月２７日（２００９．８．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３５３２１（Ｐ２００８−３５３２１）
【出願日】平成２０年２月１５日（２００８．２．１５）
【出願人】（０００００３３８８）東京計器株式会社 (103)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月２７日（２００９．８．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月１５日（２００８．２．１５）
【出願人】（０００００３３８８）東京計器株式会社 (103)
【Ｆターム（参考）】
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