光結合構造体および電気配線基板
【課題】 製造プロセスの簡略化を図り、低価格化を実現できるとともに、光結合効率の低下を抑えることができる光結合構造体および電気配線基板を得る。
【解決手段】 第１コア端面１１ａが第１端面１２ａに露出し、第２コア端面１１ｂが第２端面１２ｂに露出し、第１コア端面１１ａからミラー面１３に至り、ミラー面１３で方向を変えられて第２コア端面１１ｂに至る連続した光路を構成するコア１１が、クラッド１２内に埋設されており、かつコア１１の第１コア端面１１ａおよび第２コア端面１１ｂがそれぞれ第１端面１２ａおよび第２端面１２ｂに２次元的に配列されている光路変換デバイスと、第１端面あるいは第２端面の複数のコアが複数の導波路コアと相対するように設けられたアレイ型光導波路ユニットと、複数の導波路コアを光デバイスに接続するための光コネクタとを備える。
【解決手段】 第１コア端面１１ａが第１端面１２ａに露出し、第２コア端面１１ｂが第２端面１２ｂに露出し、第１コア端面１１ａからミラー面１３に至り、ミラー面１３で方向を変えられて第２コア端面１１ｂに至る連続した光路を構成するコア１１が、クラッド１２内に埋設されており、かつコア１１の第１コア端面１１ａおよび第２コア端面１１ｂがそれぞれ第１端面１２ａおよび第２端面１２ｂに２次元的に配列されている光路変換デバイスと、第１端面あるいは第２端面の複数のコアが複数の導波路コアと相対するように設けられたアレイ型光導波路ユニットと、複数の導波路コアを光デバイスに接続するための光コネクタとを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、２次元に配列された光電変換素子や光導波路を有する部品同士を光結合する光路変換デバイスと光コネクタとを有する光結合構造体、上記光路変換デバイスとアレイ型光導波路ユニットとが実装された電気配線基板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、高速大容量の光通信システムや多数のプロセッサ間を並列信号処理する超並列コンピュータの開発に向けて、高密度で装置内を通信する光インターコネクションの開発が精力的に行われている。このような光インターコネクションを行う際、伝送された光信号の処理は電子デバイスで担われる。そして、それらの電子デバイスを結合する境界デバイスには、光導波路、光電変換素子、電子制御用のＬＳＩやスイッチ、あるいは電子部品を駆動させるための電気回路があわさった光−電気混合デバイスが必要となる。特に、高速広帯域の通信システムを実現するために、VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser)、LD(Laser Diode)、PD(Photo Diode)のような光電変換素子を備えたデバイスの要求が高まっている。
【０００３】
このような要求に対し、マイクロミラー付き光ピンを光電変換素子上に設け、光ピンと同形のスルーホールを光プリント基板に設け、光ピンをスルーホールに嵌め込んで光電変換素子と光プリント基板とを光結合させる技術が、例えば非特許文献１に提案されている。
【０００４】
この従来の光回路実装における９０度光路変換技術は、図１７に示されるように、光プリント基板１には光導波路となるコア２が埋設され、スルーホール３がコア２を切断するように光プリント基板１に形成され、光電変換素子４に固定されたマイクロミラー付き光ピン５をスルーホール３に嵌め込むものである。そして、スルーホール３はその穴中心をコア２の光軸と直交するように光プリント基板１に形成され、光ピン５の先端面をその光軸と４５度の角度を有するマイクロミラー５ａに形成している。これにより、例えばコア２を伝播してきた光がマイクロミラー５ａで全反射されて光ピン５に導かれ、光ピン５内を伝播して光電変換素子４に到達する。つまり、コア２と光電変換素子４とを、９０度光路変換させて光結合させている。
【０００５】
この従来の光路変換技術を採用することにより、発光素子から空間に出射される光や光導波路から空間に出射される光が放射角を持って広がることに起因する発光素子と光導波路との光結合や光導波路と受光素子との光結合の低下を防止できる。さらに、この従来の光路変換技術によれば、マイクロミラー５ａを介してVCSEL等の発光素子（光電変換素子）からコア２に光を入射させる場合にも、コア２からPD等の受光素子（光電変換素子）に光を出射させる場合にも、同構造で光電変換素子４とコア２との光結合が行えるという利点がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
エレクトロニクス実装学会誌「光回路実装における９０度光路変換技術」（vol.2, No.5, P368-372, 1999)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の光路変換技術は、以上のように構成されているので、マイクロミラー付き光ピン５を光電変換素子４のそれぞれに対して単品で固定しなければならず、製造プロセスが煩雑となるとともに、低価格化が図られない。
【０００８】
また、光ピン５を嵌め込むためにスルーホール３を光プリント基板１に形成する必要がある。この光ピン５は数μｍ〜数百μｍの直径であり、スルーホール３も光ピン５と同等の径を有するように形成しなければならず、スルーホール３の加工が極めて困難であり、生産性が悪化してしまう。そして、スルーホール３の個数が多くなるほど、この問題が顕著となる。さらに、微細なスルーホール３の内壁面を凹凸なく形成することは困難であり、スルーホール３によって形成されたコア２の端面の凹凸に起因してコア２と光ピン５との光結合効率が低下してしまう。
【０００９】
また、光電変換素子４を２次元配列する構成では、多数の光電変換素子４に対して光ピン５を１つづつ固定しなければならず、光ピン５の位置精度が悪化する。これにより、光電変換素子４と光ピン５との光軸ずれが生じ、光結合効率の低下をもたらすことになる。
また、光電変換素子４の素子数の増大に対応するためにコア２を２次元配列した層を多層に配置する構成では、光ピン５の長さはコア層毎に異なり、長尺の光ピン５が必要となる。この光ピン５の長尺化は、光ピン５の反りをもたらし、コア２の光軸に対するマイクロミラー５ａの位置精度が悪化してしまい、光結合効率が低下する。
【００１０】
この発明は、上記の課題を解消するためになされたもので、２次元的に配列された光導波路や光電変換素子等の部品間を光結合する複数の光導波路と光路変換用のミラー面とを一体化して、製造プロセスの簡略化を図り、低価格化を実現できるとともに、光結合効率の低下を抑えることができる光路変換デバイスと光コネクタとを有する光結合構造体、上記光路変換デバイスとアレイ型光導波路ユニットとが実装された電気配線基板を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明に係る光結合構造体は、第１端面、第２端面およびミラー面が形成されたクラッドと、上記クラッドに埋設され、それぞれ第１コア端面が上記第１端面に露出し、第２コア端面が上記第２端面に露出し、該第１コア端面から上記ミラー面に至り、該ミラー面で方向を変えられて該第２コア端面に至る連続した光路を構成する複数のコアとを備え、上記第１コア端面および第２コア端面がそれぞれ上記第１端面および第２端面に２次元的に配列され、上記複数のコアは行方向コアと列方向コアとがマトリックス状に配列され、行方向コアと列方向コアの少なくとも一つは交差している光路変換デバイスと、上記第１端面あるいは第２端面の上記複数のコアが複数の導波路コアと相対するように設けられたアレイ型光導波路ユニットと、上記複数の導波路コアを光デバイスに接続するための光コネクタとを備えたことを特徴とするものである。
【００１２】
この発明に係る電気配線基板は、第１端面、第２端面およびミラー面が形成されたクラッドと、上記クラッドに埋設され、それぞれ第１コア端面が上記第１端面に露出し、第２コア端面が上記第２端面に露出し、該第１コア端面から上記ミラー面に至り、該ミラー面で方向を変えられて該第２コア端面に至る連続した光路を構成する複数のコアとを備え、上記第１コア端面および第２コア端面がそれぞれ上記第１端面および第２端面に２次元的に配列され、上記複数のコアは行方向コアと列方向コアとがマトリックス状に配列され、行方向コアと列方向コアの少なくとも一つは交差している光路変換デバイスと、上記第１端面あるいは第２端面の上記複数のコアが複数の導波路コアと相対するように設けられたアレイ型光導波路ユニットとが実装されたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
この発明によれば、低価格で光結合効率の高い光結合構造体、または電気配線基板が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】この発明の実施の形態１に係る光路変換デバイスを模式的に示す斜視図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る光路変換デバイスにおける光路変換動作を説明する側面図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る光路変換デバイスを用いた光結合構造を説明する模式図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係る光路変換デバイスを用いた光結合構造の実装例を示す模式図である。
【図５】この発明の実施の形態２に係る光路変換デバイスにおける光路変換動作を説明する模式図である。
【図６】この発明の実施の形態３に係る光路変換デバイスにおける光路変換動作を説明する模式図である。
【図７】この発明の実施の形態４に係る光路変換デバイスを用いた実装構造を示す模式図である。
【図８】この発明の実施の形態５に係る光路変換デバイスを用いた実装構造を示す模式図である。
【図９】この発明の実施の形態６に係る光路変換デバイスの製造方法を説明する工程図である。
【図１０】この発明の実施の形態７に係る光路変換デバイスの製造方法を説明する工程図である。
【図１１】この発明の実施の形態９に係る光路変換デバイスの製造方法を説明する工程図である。
【図１２】この発明の実施の形態９に係る光路変換デバイスの製造方法におけるコア形成方法を説明する図である。
【図１３】この発明の実施の形態１０に係る光路変換デバイスの製造方法を説明する工程図である。
【図１４】この発明の実施の形態１１に係る光路変換デバイスを示す側面図である。
【図１５】この発明の実施の形態１２に係る光路変換デバイスを示す側面図である。
【図１６】この発明の実施の形態１３に係る光路変換デバイスを示す側面図である。
【図１７】従来の光路変換デバイスを示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、この発明の実施の形態を図について説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る光路変換デバイスを模式的に示す斜視図、図２はこの発明の実施の形態１に係る光路変換デバイスにおける光路変換動作を説明する側面図である。
【００１６】
図１において、光路変換デバイス１０は、光路となる６本のＬ字状のコア１１が、クラッド１２内に埋め込まれて作製されている。
クラッド１２には、第１端面１２ａ、第２端面１２ｂおよび光路変換用のミラー面１３が形成されている。そして、コア１１の第１コア端面１１ａがクラッド１２の第１端面１２ａに３列・２行のマトリックス状（２次元的）に配列され、第２コア端面１１ｂがクラッド１２の第２端面１２ｂに３列・２行のマトリックス状（２次元的）に配列されている。各コア１１は、第１コア端面１１ａからミラー面１３に至る光路と、第２コア端面１１ｂからミラー面１３に至る光路とが、光軸をミラー面１３上で交差させ、かつ、光軸の交差点におけるミラー面１３の垂線に対して対称となるようにＬ字状に形成されている。そして、６本のコア１１は、ミラー面１３に直交する同一平面上に平行に配列された２本のコア１１を、該平面に直交する方向に平行に所定ピッチで３列に配列して構成されている。なお、ミラー面１３には、各コア１１の光軸の交差点が３列・２行のマトリックス状（２次元的）に配列されている。
【００１７】
なお、ミラー面１３は、コア１１の光軸に対して４５度の角度（ミラー角度θ）の平坦面に形成されている。また、第１および第２端面１２ａ、１２ｂは、それぞれコア１１の光軸に対して９０度の角度の平坦面に形成されている。
また、コア１１およびクラッド１２には、屈折率の異なるガラスが用いられている。そして、コア１１には、クラッド１２のガラスより屈折率の大きいガラスが用いられており、両者の屈折率差は０．１〜１．０％である。
【００１８】
このように構成された光路変換デバイス１０における光路変換動作について図２を参照しつつ説明する。
光１４は、光路変換デバイス１０の第１端面１２ａからコア１１の第１コア端面１１ａ内に入射する。そして、コア１１の屈折率＞クラッド１２の屈折率となっているので、光１４は、低損失でコア１１内を進んでミラー面１３に到達する。そこで、光１４は、ミラー面１３で反射され、光路を９０度変換されて低損失でコア１１内を進んで、コア１１の第２コア端面１１ｂから出射される。これにより、光１４の光路は、光路変換デバイス１０により９０度変換される。
なお、光１４が光路変換デバイス１０の第２端面１２ｂからコア１１の第２コア端面１１ｂ内に入射した場合も、同様に光路を９０度変換されて、コア１１の第１コア端面１１ａから出射される。
【００１９】
ついで、この光路変換デバイス１０を用いた光結合構造について図３を参照しつつ説明する。
図３において、アレイ型光電変換素子ユニット２０は、面発光型レーザ(VCSEL)および端面発光型レーザ(LD）等の発光素子あるいはフォトダイオード(PD)等の受光素子からなる光電変換素子２１が仕様に応じて適宜選択されて２次元に配列されて基板２２上に実装されている。ここでは、６つの光電変換素子２１が、光路変換デバイス１０のコア１１の第１コア端面１１ａと同等の配列ピッチで３列・２行のマトリックスに配列されている。
【００２０】
アレイ型光導波路ユニット２５は、光導波路となる断面矩形のコア２６が、その光軸を平行として、３列・２層のマトリックスに配列されて、クラッド２７に埋め込まれて作製されている。このアレイ型光導波路ユニット２５におけるコア２６の配列ピッチは、光路変換デバイス１０におけるコア１１の第２コア端面１１ｂの配列ピッチと等しく構成されている。そして、コア２６の長さ方向のユニット２５の両端面がコア２６の光軸に対して９０度の角度の平坦面に形成されている。ここで、コア２６およびクラッド２７の材料には、例えばフッ素化ポリイミドが用いられている。そして、コア２６には、クラッド２７のフッ素化ポリイミドより屈折率の大きいフッ素化ポリイミドが用いられている。そして、両者の屈折率差は０．１〜１．０％である。
【００２１】
この光路変換デバイス１０は、各コア１１の第１コア端面１１ａの光軸を光電変換素子２１の素子面の中心に一致させてアレイ型光電変換素子ユニット２０に密接して配設される。そして、アレイ型光導波路ユニット２５が、各コア２６の光軸を各コア１１の第２コア端面１１ｂの光軸に一致させて光路変換デバイス１０に密接して配設される。
これにより、光電変換素子２１が発光素子の場合、光電変換素子２１から出射された光は、光路変換デバイス１０により光路を９０度変換されて、アレイ型光導波路ユニット２５の一端側からコア２６に入射する。そして、コア２６の屈折率＞クラッド２７の屈折率となっているので、光は、低損失でコア２６内を進み、アレイ型光導波路ユニット２５の他端側から出射される。
一方、光電変換素子２１が受光素子の場合、アレイ型光導波路ユニット２５の他端側からコア２６に入射した光は、第２コア端面１１ｂからコア１１に入射する。そして、光は、光路変換デバイス１０により光路を９０度変換されて、第１コア端面１１ａから出射し、光電変換素子２１に受光される。
【００２２】
ついで、図３に示される光結合構造の実装例を図４に基づいて説明する。
ＩＣ１６およびアレイ型光電変換素子ユニット２０が半田バンプあるいはワイヤボンディングにより基板１７に実装される。また、光路変換デバイス１０およびアレイ型光導波路ユニット２５がコア１１、２６を互いに相対するようにして電気配線基板１９上に実装される。ついで、光電変換素子２１が光路変換デバイス１０のコア１１の第１コア端面１１ａに相対するようにして基板１７を半田ボール１８により電気配線基板１９上に実装することで、図３に示される光結合構造が実現される。
そして、例えば、アレイ型光導波路ユニット２５のコア２６が光スイッチや合分波器等の光デバイスと光コネクタ等により接続され、光通信システムや超並列コンピュータに組み込まれる。
【００２３】
ここで、図４では、アレイ型光電変換素子ユニット２０を基板１７に固定するものとしているが、アレイ型光電変換素子ユニット２０を光路変換デバイス１０に実装（固定）するようにしてもよい。
また、アレイ型光電変換素子ユニット２０を基板１７に半田バンプやワイヤボンディングにより電気的に接続するものとしているが、両者の接続には、導電性接着剤、Pin Grid Array(PGA)、Land Grid Array(LGA)等を用いてもよい。
【００２４】
また、アレイ型光電変換素子ユニット２０と光路変換デバイス１０との隙間やアレイ型光導波路ユニット２５と光路変換デバイス１０との隙間は、一般的に空気であるが、使用する波長で伝播損失が小さく、コア１１、２６と効率よく光結合できる材料、例えばフッ素化ポリイミド、ポリメチルメタアクリレート(PMMA)、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂等の樹脂をこれらの隙間に充填するようにしてもよい。
また、アレイ型光導波路ユニット２５は、例えばフッ素化ポリイミド、ポリメチルメタアクリレート、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂等の接着剤を用いて電気配線基板１９に固定できるが、位置決め用の枠体やガイドピンを用いてアレイ型光導波路ユニット２５を光路変換デバイス１０に固定してもよい。
【００２５】
このように、この実施の形態１によれば、光導波路であるコア１１が３×２のマトリックス状に配列されてクラッド１２に埋設され、光路変換用のミラー面１３がクラッド１２に一体に形成されている。
そこで、従来のマイクロミラー付き光ピン５や光ピン５を嵌め込むためのスルーホール３が不要となり、製造プロセスが簡略化され、低価格化が図られるとともに、スルーホール３の内壁面の凹凸に起因する光結合効率の低下もない。
【００２６】
また、コア１１を高い位置精度でマトリックス状の配列に作製できるので、マトリックス状に配列された光電変換素子２１（コア２６）とコア１１との光軸ずれが生じにくく、光結合効率の低下が抑えられる。
また、マトリックス状に配列された光素子間を単一の光路変換デバイスで光結合でき、構成が簡素化され、低価格化が図られる。
また、コア１１がミラー面１３の前後で連続しているので、伝播する光を十分閉じ込めることができ、損失を少なくすることができる。
【００２７】
また、コア１１がクラッド１２に埋設されているので、コア１１の長尺化に起因するコアの反りの発生は、従来技術のように光ピン５単品に発生する反りに比べて著しく低減される。その結果、コア１１を３×２のマトリックス状に配列しても、コア１１の位置精度の悪化がなく、光結合効率の低下が著しく抑えられる。
また、光路変換デバイス１０がブロック体であるので、アレイ型光電変換素子ユニット２０やアレイ型光導波路ユニット２５等の素子と光路変換デバイス１０とを光結合を、簡便な方法で精度よく行うことができる。
【００２８】
ここで、上記実施の形態１では、クラッド１２の一部を除去して平坦面のミラー面１３を作製するものとしているが、ミラー面１３に高反射率を有する金や多層膜を被覆するようにしてもよい。この場合、ミラー面１３での反射率が向上され、損失の低下が抑えられる。また、ミラー面１３に光選択透過膜を被覆するようにしてもよい。この場合、ミラー面１３にフィルタ機能が付与され、所定波長の光のみをミラー面１３を透過させて他の光導波路に入射させることができ、用途の拡大が図られる。
【００２９】
なお、上記実施の形態１では、コア１１の第１および第２コア端面１１ａ、１１ｂを３列・２行のマトリックス状に配列するものとしているが、第１および第２コア端面１１ａ、１１ｂの配列状態はこれに限定されるものではなく、光電変換素子２１の配列状態やコア２６の配列状態に合わせて適宜設定されるものである。また、第１および第２コア端面１１ａ、１１ｂの配列ピッチも、等ピッチである必要はなく、光電変換素子２１やコア２６の配列状態に合わせて適宜設定されるものである。さらに、第１および第２コア端面１１ａ、１１ｂは必ずしも３列・２行の完全なマトリックス状に配列されている必要はなく、例えばある１列の２個のコア端面が他の列のコア端面に対して行方向にオフセットされていてもよいし、ある１列に３個のコア端面が配列されていてもよい。
【００３０】
また、ミラー角度θを４５度とするものとしているが、ミラー角度θは４５度に限定されるものではなく、適宜設定すれば、光路の変換角度を任意に調整できる。
また、コア１１、２６内を伝播するモードはシングルモードでも、マルチモードでもよいことは言うまでもないことである。
【００３１】
また、上記実施の形態１では、コア１１およびクラッド１２の材料として、石英ガラス、酸化ガラス、ハロゲン化ガラス等のガラスを用いるものとしているが、コア１１およびクラッド１２の材料はこれに限定されるものではなく、伝播損失に対して低損失な材料であればよく、例えばフッ素化ポリイミド、ポリメチルメタアクリレート、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂等を用いることができる。そして、コア１１とクラッド１２との屈折率差を約０．１〜１．０％としているが、用途により適宜変更できることは言うまでもないことである。
【００３２】
また、光電変換素子２１の扱える波長は、０．８５μｍ、１．３μｍ、１．５５μｍのものが一般的であるが、これに限定されるものではなく、必要に応じて任意の波長を用いることができる。
【００３３】
また、光電変換素子２１の波長特性を活用して、複数の波長を扱えるようにしても良い。この場合、隣接するコア１１、２６を伝播する光のクロストークが抑えられるようになる。
【００３４】
また、アレイ型光導波路ユニット２５におけるコア２６およびクラッド２７は、フッ素化ポリイミドに限定されるものではなく、光の伝播に必要な屈折率が得られ、かつ、伝播波長に対して低損失の材料であればよく、例えば石英ガラス、酸化ガラス、ハロゲン化ガラス等のガラス、ポリメチルメタアクリレート、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂等を用いることができる。そして、コア２６とクラッド２７との屈折率差を約０．１〜１．０％としているが、用途により適宜変更できることは言うまでもないことである。
また、アレイ型光導波路ユニット２５は、コア２６をクラッド２７に埋め込んで構成するものとしているが、コアとクラッドとが一体に作製された複数の光ファイバを束ねてアレイ型光導波路ユニットを構成してもよい。
【００３５】
実施の形態２．
この実施の形態２では、図５に示されるように、ミラー角度θを４５度とする第２ミラー面１３ａがミラー面１３と第２端面１２ｂとの間に形成されている。
このように作製された光路変換デバイス１０Ａでは、光路を１８０度変換することができ、複雑な光路変換に対応できる。
なお、この実施の形態２においても、ミラー角度θを適宜設定することにより、光路の変換角度を任意に調整できる。
【００３６】
実施の形態３．
この実施の形態３では、図６に示されるように、ミラー角度θを４５度とする第２ミラー面１３ｂがミラー面１３と第２端面１２ｂとの間に形成されている。
このように作製された光路変換デバイス１０Ｂでは、光路をクランク変換（０度変換）することができ、複雑な光路変換に対応できる。
なお、この実施の形態３においても、ミラー角度θを適宜設定することにより、光路の変換角度を任意に調整できる。
【００３７】
実施の形態４．
図７はこの発明の実施の形態４に係る光路変換デバイスを用いた実装構造を示す模式図である。
この実施の形態４では、図７に示されるように、異なる基板１７に実装されたアレイ型光電変換素子ユニット２０間の光結合構造を光路変換デバイス１０とアレイ型光導波路ユニット２５と組み合わせて実現している。
従って、この光路変換デバイス１０は、アレイ型光電変換素素子ユニット２０とアレイ型光導波路ユニット２５との間の光結合、さらにはアレイ型光導波路ユニット２５間の光結合に適用することができる。
【００３８】
実施の形態５．
図８はこの発明の実施の形態５に係る光路変換デバイスを用いた実装構造を示す模式図である。
この実施の形態５では、図８に示されるように、異なる基板１７に実装されたアレイ型光電変換素子ユニット２０間の光結合構造を光路変換デバイス１０Ａで実現している。
従って、この光路変換デバイス１０Ａは、アレイ型光電変換素素子ユニット２０間の光結合に適用することができる。
【００３９】
実施の形態６．
図９はこの発明の実施の形態６に係る光路変換デバイスの製造方法を説明する工程図である。
【００４０】
ここで、コアおよびクラッド材として石英を用いて光路変換デバイスの製造方法について説明する。
まず、図９の（ａ）に示されるように、低屈折率の石英ガラスを用いて、薄板平板状の基板３０を作製する。ついで、スパッタ等の真空成膜技術を用いて高屈折率の石英を基板３０上に所定厚さに成膜する。そして、高屈折率の石英膜上にフォトレジストを塗布し、写真製版技術を用いてフォトレジストをパターニングした後、反応性イオンエッチング(RIE)により石英膜の不要部分を除去する。ついで、フォトレジストを除去して、同一平面上に形成された高屈折率の石英膜からなる４本のコア３１ａ、３１ｂが得られる。２本のコア３１ａは平行な直線状に形成され、２本のコア３１ｂは平行な直線状に形成され、コア３１ａとコア３１ｂとが互いに直交している。なお、コア３１ａ、３１ｂの交差部は直線上に位置し、コア１１の折り返し部に相当する。
そして、低屈折率の石英をスパッタ等の真空成膜技術を用いて基板３０上に所定厚さに成膜する。これにより、図９の（ｂ）に示されるように、コア３１ａ、３１ｂが低屈折率の石英（クラッド）に埋設されてなる導波路体３２が得られる。
【００４１】
ついで、この導波路体３２を図９の（ｃ）に示されるようにコア３１ａ、３１ｂを一致させて積み重ね、積み重ねられた導波路体３２を貼り合わせて導波路ユニット３３を得る。
ついで、ダイシングにより、導波路ユニット３３をコア３１ａ、３１ｂの交差部の一部とともに切断除去し、図９の（ｄ）に示されるように、ミラー面３４を形成し、光路変換デバイスを得る。なお、ミラー面３４はコア３１ａの光軸とコア３１ｂの光軸との交点位置を通るように形成されている。
【００４２】
このように作製された光路変換デバイスでは、コア３１ａとコア３１ｂとがミラー面３４で折り返されて連続するコア１１を構成し、低屈折率の石英がクラッド１２を構成し、ミラー面３４がミラー面１３を構成している。
そして、各コア１１は、第１コア端面１１ａからミラー面１３（３４）に至るコア３１ａと、第２コア端面１１ｂからミラー面１３（３４）に至るコア３１ｂとが、ミラー面１３（３４）上で交差し、かつ、該交差点におけるミラー面１３（３４）の垂線に対して対称となるように形成されている。そして、８本のコア１１は、ミラー面１３（３４）に直交する同一平面上に平行に配列された２本のコア１１を、該平面に直交する方向（積層方向）に平行に４列に配列して構成されている。また、第１コア端面１１ａおよび第２コア端面１１ｂが、それぞれ第１端面１２ａおよび第２端面１２ｂに４列・２行のマトリックス状に配列されている。
【００４３】
この実施の形態６による製造方法では、コア１１が写真製版技術と反応性イオンエッチングとを組み合わせて作製されているので、コア１１の位置精度が確保され、光電変換素子２１やコア２６との光結合における光結合効率を高めることができる。
また、導波路体３２に複数本のコア３１ａ、３１ｂを作製できるので、低価格化が図られる。
【００４４】
なお、上記実施の形態６では、ダイシングにより導波路ユニット３３を切断してミラー面３４を作製するものとしているが、ダイシングによる切断後、研磨を施してミラー面３４の平面度を高めるようにしてもよい。さらに、ダイシングに代えて、反応性イオンエッチングや研磨によりミラー面を形成するようにしてもよい。
また、上記実施の形態６では、高屈折率の石英膜を成膜した後、エッチングによりコアを形成するものとしているが、予め所定形状に作製されたコアを基板３０上に貼り付けてもよい。
【００４５】
また、上記実施の形態６において、１つの導波路体３２のみコア３１ａ、３１ｂを３本づつ作製すれば、１列のみ３行の第１および第２コア端面１１ａ、１１ｂの２次元的な配列状態が得られる。この場合、３本づつのコア３１ａ、３１ｂは、コア１１を構成するコア３１ａ、３１ｂの光軸の交点を直線上に配列するように導波路体３２に形成する必要がある。また、１つの導波路体３２のみコア３１ａ、３１ｂを１本づつ作製すれば、１列のみ１行の第１および第２コア端面１１ａ、１１ｂの２次元的な配列状態が得られる。
また、上記実施の形態６において、４つの導波路体３２を交互にオフセットして貼り合わせれば、第１および第２コア端面１１ａ、１１ｂを千鳥状に配列した２次元的な配列状態が得られる。この場合、各導波路体３２におけるコア１１を構成するコア３１ａ、３１ｂの光軸の交点を通る直線が、導波路体３２の積層方向に重なるように導波路体３２を積層する必要がある。
【００４６】
実施の形態７．
上記実施の形態６では、導波路体３２を貼り合わせた後ミラー面３４を作製するものとしているが、この実施の形態７では、基板を作製する段階でミラー面を形成するものである。
【００４７】
ここで、この実施の形態７による光路変換デバイスの製造方法について図１０を参照しつつ説明する。
まず、図１０の（ａ）に示されるように、低屈折率の石英ガラスを用いて、ミラー面３４ａが形成された薄板平板状の基板３０Ａを作製する。ついで、スパッタ等の真空成膜技術を用いて高屈折率の石英を基板３０Ａ上に所定厚さに成膜する。そして、高屈折率の石英膜上にフォトレジストを塗布し、写真製版技術を用いてフォトレジストをパターニングした後、反応性イオンエッチング(RIE)により石英膜の不要部分を除去する。ついで、フォトレジストを除去して、同一平面上に形成された高屈折率の石英膜からなる４本のコア３１ａ、３１ｂを得る。２本のコア３１ａは平行な直線状に形成され、２本のコア３１ｂは平行な直線状に形成され、コア３１ａとコア３１ｂとがミラー面３４ａで互いに直交している。 そして、低屈折率の石英をスパッタ等の真空成膜技術を用いて基板３０Ａ上に所定厚さに成膜する。これにより、図１０の（ｂ）に示されるように、コア３１ａ、３１ｂが低屈折率の石英（クラッド）に埋設されてなる導波路体３２Ａが得られる。
【００４８】
ついで、この導波路体３２Ａを図１０の（ｃ）に示されるようにミラー面３４ａを一致させて積み重ね、積み重ねられた導波路体３２Ａを貼り合わせて導波路ユニット３３を得る。これにより、図１０の（ｄ）示される光路変換デバイスが得られる。なお、ミラー面３４はミラー面３４ａにより構成され、コア３１ａの光軸とコア３１ｂの光軸との交点位置を通るように形成されている。
このように、この実施の形態７においても、上記実施の形態６と同様の光路変換デバイスが製造される。
【００４９】
実施の形態８．
上記実施の形態６では、コアおよびクラッド材として無機材である石英を用いるものとして説明しているが、この実施の形態８では、コアおよびクラッド材として有機材であるフッ素化ポリイミドを用いたものである。
まず、低屈折率の第１フッ素化ポリイミド溶液を石英基板上にスピンコートし、ベーキングして第１クラッド層を形成する。ついで、高屈折率の第２フッ素化ポリイミド溶液をスピンコートし、ベーキングして第１クラッド層上にコア層を形成する。
【００５０】
そして、コア層上にフォトレジストを塗布し、写真製版技術によりフォトレジストをパターニングし、その後反応性イオンエッチングによりコア層の不要部分を除去する。そして、フォトレジストを除去し、コア層からなるコアが得られる。ついで、第１フッ素化ポリイミド溶液をスピンコートし、ベーキングして第２クラッド層を形成する。
これにより、コアが第１および第２クラッド層に埋設されてなる導波路体（上述の導波路体３２に相当）が得られる。なお、コアは上記実施の形態６におけるコア３１ａ、３１ｂと同様に構成されている。以降、上記実施の形態６と同様に、この導波路体を積層貼り合わせて導波路ユニットを作製し、ミラー面を形成して、光路変換デバイスが得られる。
従って、この実施の形態８においても、上記実施の形態６と同様の効果が得られる。
【００５１】
なお、この実施の形態８では、コアおよびクラッド材としてフッ素化ポリイミドを用いるものとしているが、コアおよびクラッド材としてポリメチルメタアクリレート、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂等を用いた場合にも、この製造方法が適用できる。
また、上記実施の形態８では、コア層を反応性イオンエッチングによりパターニングするものとしているが、第２フッ素化ポリイミド溶液に光硬化性を付与すれば、写真製版技術のみでコア層をパターニングでき、製造プロセスの簡略化が図られる。
【００５２】
また、上記実施の形態８では、導波路体を貼り合わせた後ミラー面を作製するものとしているが、上記実施の形態７と同様に、第１および第２フッ素化ポリイミド溶液を塗布する基板に予めミラー面を形成するようにしてもよい。
また、上記実施の形態８では、第２フッ素化ポリイミド溶液を塗布・硬化してコア層を形成した後、エッチングによりコアを形成するものとしているが、予め所定形状に作製されたコアを第１クラッド層上に貼り付けてもよい。
【００５３】
実施の形態９．
図１１はこの発明の実施の形態９に係る光路変換デバイスの製造方法を説明する工程図、図１２はコア形成方法を説明する図である。
【００５４】
ここで、コアおよびクラッド材としてハロゲン化ガラスを用いて光路変換デバイスの製造方法について説明する。
まず、図１１の（ａ）に示されるように、ハロゲン化ガラスからなる平板状の基板４０を作製する。
ついで、図１２に示されるように、レーザ発生装置３８から出射された８１０ｎｍのレーザ光を集光レンズ３９で集光し、１００ＭＪ／ｃｍ２のエネルギーとして基板４０の所定の深さ位置に照射する。この時、基板４０は図１２中矢印方向に移動され、１本のコア４１ｂが基板４０内のレーザ光の集光位置に形成される。１本のコア４１ｂが形成された後、基板４０をコア４１ｂと直交する方向に所定量シフトさせ、同様に基板４０を移動させつつ２本目のコア４１ｂを形成する。このようにして、３本のコア４１ｂが基板４０内の同一平面上に平行に配列して形成される。
【００５５】
ついで、集光レンズ３９による基板４０内の集光位置を所定量浅くして、同様にして、基板４０内に３本のコア４１ｂを平行に配列して形成する。これにより、図１１の（ｂ）に示されるように、６本のコア４１ｂが３列・２層に配列された基板４０（導波路体）を得る。
ついで、基板４０の位置を９０度回転させて、レーザ発生装置３８および集光レンズ３９を用いて、同様にして６本のコア４１ａを３列・２層に配列して基板４０内に形成する。これにより、図１１の（ｃ）に示されるように、コア４１ａとコア４１ｂとが互いに直角に交差するように形成された基板４０（導波路体）を得る。なお、対応するコア４１ａとコア４１ｂとの交差部は同一平面上に位置している。
ついで、ダイシングにより、基板４０をコア４１ａ、４１ｂの交差部の一部とともに切断除去し、図１１の（ｄ）に示されるように、ミラー面４２を形成し、光路変換デバイスを得る。このミラー面４２はコア４１ａの光軸とコア４１ｂの光軸との交点位置を通るように形成されている。
【００５６】
このように作製された光路変換デバイスでは、コア４１ａとコア４１ｂとがミラー面４２で折り返されてコア１１を構成し、基板４０がクラッド１２を構成し、ミラー面４２がミラー面１３を構成している。
そして、各コア１１は、第１コア端面１１ａからミラー面１３（４２）に至るコア４１ａと、第２コア端面１１ｂからミラー面１３（４２）に至るコア４１ｂとが、ミラー面１３（４２）上で交差し、かつ、該交差点におけるミラー面１３（４２）の垂線に対して対称となるように形成されている。そして、コア１１は、ミラー面１３（４２）に直交する同一平面上に平行に配列された２本のコア１１を、該平面に直交する方向に平行に３列に配列して構成されている。
【００５７】
この実施の形態９による製造方法では、レーザ発生装置３８および集光レンズ３９を用いてレーザ光を基板４０に集光照射して、基板４０内部に屈折率変化をもたらしてコア４１ａ、４１ｂを作製している。そこで、上記実施の形態６乃至８に比べて、導波路体３２、３２Ａの貼り合わせ工程が不要となり、製造工程が簡略化され、低価格化が図られる。
また、上記実施の形態６乃至８による製造方法では、コアは断面矩形に形成されるが、この実施の形態９では、円形断面のコアを形成することができるので、伝播時の損失が少なく、効率的に光結合を行うことができる。
【００５８】
なお、上記実施の形態９では、基板４０としてハロゲン化ガラスを用いるものとしているが、基板の材料はハロゲン化ガラスに限定されるものではなく、光照射により屈折率変化を起こすものであればよく、例えば酸化ガラス、石英ガラスを用いることができる。
また、上記実施の形態９では、ダイシングにより基板４０を切断してミラー面４２を作製するものとしているが、ダイシングによる切断後、研磨を施してミラー面４２の平面度を高めるようにしてもよい。さらに、ダイシングに代えて、反応性イオンエッチングや研磨によりミラー面を形成するようにしてもよい。
【００５９】
また、上記実施の形態９では、光照射により３列・２層に配列されたコア４１ａ、４１ｂを基板４０内に形成するものとしているが、他の方法でコア４１ｂが３列・２層に配列された基板４０を作製した後、光照射により、３列・２層に配列されたコア４１ａを基板４０内に形成するようにしてもよい。ここで、コア４１ｂが３列・２層に配列された基板４０は、例えば基板４０に３列の凹溝を形成し、各凹溝内に石英導波路や光ファイバを２本づつ収納し、その後フッ素化ポリイミド等の接着剤を凹溝内に充填して一体化することで得られる。
【００６０】
実施の形態１０．
上記実施の形態９では、コア４１ａ、４１ｂが形成された基板４０にミラー面４２を作製するものとしているが、この実施の形態１０では、コア４１ａ、４１ｂの形成前の基板４０Ａにミラー面４２を形成するものである。
【００６１】
ここで、この実施の形態１０による光路変換デバイスの製造方法について図１３を参照しつつ説明する。
まず、図１３の（ａ）に示されるように、ハロゲン化ガラスを用いて、ミラー面４２が形成された平板状の基板４０Ａを作製する。
ついで、レーザ発生装置３８から出射された８１０ｎｍのレーザ光を集光レンズ３９で集光し、１００ＭＪ／ｃｍ２のエネルギーとして基板４０Ａの所定の深さ位置に照射する。この時、基板４０Ａは図１２中矢印方向に移動され、１本のコア４１ｂが基板４０Ａ内のレーザ光の集光位置に形成される。１本のコア４１ｂが形成された後、基板４０Ａをコア４１ｂと直交する方向に所定量シフトさせ、同様に基板４０Ａを移動させつつ２本目のコア４１ｂを形成する。このようにして、３本のコア４１ｂが同一平面上に平行に配列して形成された基板４０Ａ（導波路体）を得る。
【００６２】
ついで、集光レンズ３９による基板４０Ａ内の集光位置を所定量浅くして、同様にして、基板４０Ａ内に３本のコア４１ｂを平行に配列して形成する。これにより、図１３の（ｂ）に示されるように、６本のコア４１ｂが３列・２層に配列された基板４０Ａ（導波路体）を得る。
ついで、基板４０Ａの位置を９０度回転させて、レーザ発生装置３８および集光レンズ３９を用いて、同様にして６本のコア４１ａを３列・２層に配列して基板４０Ａ内に形成する。コア４１ａは、それぞれの光軸が、図１３の（ｃ）に示されるように、対応するコア４１ｂの光軸とミラー面４２上で直角に交差するように形成される。
【００６３】
これにより、光路変換デバイスが得られる。なお、ミラー面４２はコア４１ａの光軸とコア４１ｂの光軸との交点位置を通るように形成されている。
このように、この実施の形態１０においても、上記実施の形態９と同様の光路変換デバイスが製造される。
【００６４】
実施の形態１１．
図１４はこの発明の実施の形態１１に係る光路変換デバイスを示す側面図である。
この実施の形態１１による光路変換デバイス１０Ｃは、コア４５の光路断面がミラー面１３から第１コア端面４５ａに向かって漸次拡大するように形成されている。
なお、他の構成は上記実施の形態１と同様に構成されている。
【００６５】
この実施の形態１１によれば、コア４５の光路断面がミラー面１３から第１コア端面４５ａに向かって漸次拡大するように形成されているので、第１コア端面４５ａの断面積が大きくなり、第１コア端面４５ａが入射端面として使用される場合、光電変換素子２１やコア２６と光路変換デバイス１０Ｃとの位置決め精度が緩和される。
【００６６】
なお、コア４５の光路断面を変化させるには、反応性イオンエッチングにおけるマスク形状、レーザの集光方法等を変えることにより容易に達成できる。
また、上記実施の形態１１では、コア４５の光路断面がミラー面１３から第１コア端面４５ａに至る全領域において漸次拡大するように形成されているものとしているが、コア４５の光路断面は第１コア端面４５ａの断面積を最大とし、少なくとも第１コア端面４５ａ近傍で第１コア端面４５ａに向かって漸次拡大するように形成されていればよい。
また、上記実施の形態１１では、コア４５の光路断面がミラー面１３から第１コア端面４５ａに向かって漸次拡大するように形成されているものとしているが、コア４５の光路断面がミラー面１３から第２コア端面４５ｂに向かって漸次拡大するように形成されてもよい。
【００６７】
実施の形態１２．
図１５はこの発明の実施の形態１２に係る光路変換デバイスを示す側面図である。
この実施の形態１２による光路変換デバイス１０Ｄは、コア４６の光路断面がミラー面１３から第１コア端面４６ａに向かって漸次縮小するように形成されている。
なお、他の構成は上記実施の形態１１と同様に構成されている。
【００６８】
この実施の形態１２によれば、コア４６の光路断面がミラー面１３から第１コア端面４６ａに向かって漸次縮小するように形成されているので、第１コア端面４６ａの断面積が小さくなり、第１コア端面４６ａが出射端面として使用される場合、光電変換素子２１やコア２６と光路変換デバイス１０Ｄとの位置決め精度が緩和される。
【００６９】
なお、上記実施の形態１２では、コア４６の光路断面がミラー面１３から第１コア端面４６ａに至る全領域において漸次縮小するように形成されているものとしているが、コア４６の光路断面は、第１コア端面４６ａの断面積を最小とし、少なくとも第１コア端面４６ａ近傍で第１コア端面４６ａに向かって漸次縮小するように形成されていればよい。
また、上記実施の形態１２では、コア４６の光路断面がミラー面１３から第１コア端面４６ａに向かって漸次縮小するように形成されているものとしているが、コア４６の光路断面がミラー面１３から第２コア端面４６ｂに向かって漸次縮小するように形成されてもよい。
【００７０】
実施の形態１３．
図１６はこの発明の実施の形態１３に係る光路変換デバイスを示す側面図である。
この実施の形態１３による光路変換デバイス１０Ｅは、分岐コア４８ａ、４８ｂが第２端面１２ｂとミラー面１３とのコア４７の途中部分から分岐して第２端面１２ｂに露出するように形成されている。
なお、他の構成は上記実施の形態１と同様に構成されている。
この実施の形態１３によれば、コア４７が２本の分岐コア４８ａ、４８ｂに分岐しているので、２つの光を１つの光に集合させて出射したり、１つの光を２つの光に分岐して出射したりすることができ、用途を拡大することができる。
なお、この場合、光路変換デバイス１０Ｅの第１端面１２ａに２次元的に配列された第１コア端面４７ａの個数と第２端面１２ｂに２次元的に配列された第２コア端面４７ｂの個数とが異なることになる。
また、分岐するコア４７の個数は、光結合の仕様に合わせて適宜設定されるものである。また、第１端面１２ａとミラー面１３とのコア４７の途中部分から分岐して第１端面１２ａに露出するようにしてもよい。
また、分岐コア４８ａ、４８ｂの途中にフィルタを形成すれば、分岐コア４８ａ、４８ｂに選択的に光を通すことができる。さらに、分岐コア４８ａ、４８ｂの途中にサーモオプティック(Thermo Optic)スイッチを設ければ、光路を選択的に切り換えることができる。
【符号の説明】
【００７１】
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ 光路変換デバイス、１１、４５、４６、４７ コア、１１ａ、４５ａ、４６ａ、４７ａ 第１コア端面、１１ｂ、４５ｂ、４６ｂ、４７ｂ 第２コア端面、１２ クラッド、１２ａ 第１端面、１２ｂ 第２端面、１３ ミラー面、３２、３２Ａ 導波路体、３３ 導波路ユニット、４０、４０Ａ 基板（導波路体）。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、２次元に配列された光電変換素子や光導波路を有する部品同士を光結合する光路変換デバイスと光コネクタとを有する光結合構造体、上記光路変換デバイスとアレイ型光導波路ユニットとが実装された電気配線基板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、高速大容量の光通信システムや多数のプロセッサ間を並列信号処理する超並列コンピュータの開発に向けて、高密度で装置内を通信する光インターコネクションの開発が精力的に行われている。このような光インターコネクションを行う際、伝送された光信号の処理は電子デバイスで担われる。そして、それらの電子デバイスを結合する境界デバイスには、光導波路、光電変換素子、電子制御用のＬＳＩやスイッチ、あるいは電子部品を駆動させるための電気回路があわさった光−電気混合デバイスが必要となる。特に、高速広帯域の通信システムを実現するために、VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser)、LD(Laser Diode)、PD(Photo Diode)のような光電変換素子を備えたデバイスの要求が高まっている。
【０００３】
このような要求に対し、マイクロミラー付き光ピンを光電変換素子上に設け、光ピンと同形のスルーホールを光プリント基板に設け、光ピンをスルーホールに嵌め込んで光電変換素子と光プリント基板とを光結合させる技術が、例えば非特許文献１に提案されている。
【０００４】
この従来の光回路実装における９０度光路変換技術は、図１７に示されるように、光プリント基板１には光導波路となるコア２が埋設され、スルーホール３がコア２を切断するように光プリント基板１に形成され、光電変換素子４に固定されたマイクロミラー付き光ピン５をスルーホール３に嵌め込むものである。そして、スルーホール３はその穴中心をコア２の光軸と直交するように光プリント基板１に形成され、光ピン５の先端面をその光軸と４５度の角度を有するマイクロミラー５ａに形成している。これにより、例えばコア２を伝播してきた光がマイクロミラー５ａで全反射されて光ピン５に導かれ、光ピン５内を伝播して光電変換素子４に到達する。つまり、コア２と光電変換素子４とを、９０度光路変換させて光結合させている。
【０００５】
この従来の光路変換技術を採用することにより、発光素子から空間に出射される光や光導波路から空間に出射される光が放射角を持って広がることに起因する発光素子と光導波路との光結合や光導波路と受光素子との光結合の低下を防止できる。さらに、この従来の光路変換技術によれば、マイクロミラー５ａを介してVCSEL等の発光素子（光電変換素子）からコア２に光を入射させる場合にも、コア２からPD等の受光素子（光電変換素子）に光を出射させる場合にも、同構造で光電変換素子４とコア２との光結合が行えるという利点がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
エレクトロニクス実装学会誌「光回路実装における９０度光路変換技術」（vol.2, No.5, P368-372, 1999)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の光路変換技術は、以上のように構成されているので、マイクロミラー付き光ピン５を光電変換素子４のそれぞれに対して単品で固定しなければならず、製造プロセスが煩雑となるとともに、低価格化が図られない。
【０００８】
また、光ピン５を嵌め込むためにスルーホール３を光プリント基板１に形成する必要がある。この光ピン５は数μｍ〜数百μｍの直径であり、スルーホール３も光ピン５と同等の径を有するように形成しなければならず、スルーホール３の加工が極めて困難であり、生産性が悪化してしまう。そして、スルーホール３の個数が多くなるほど、この問題が顕著となる。さらに、微細なスルーホール３の内壁面を凹凸なく形成することは困難であり、スルーホール３によって形成されたコア２の端面の凹凸に起因してコア２と光ピン５との光結合効率が低下してしまう。
【０００９】
また、光電変換素子４を２次元配列する構成では、多数の光電変換素子４に対して光ピン５を１つづつ固定しなければならず、光ピン５の位置精度が悪化する。これにより、光電変換素子４と光ピン５との光軸ずれが生じ、光結合効率の低下をもたらすことになる。
また、光電変換素子４の素子数の増大に対応するためにコア２を２次元配列した層を多層に配置する構成では、光ピン５の長さはコア層毎に異なり、長尺の光ピン５が必要となる。この光ピン５の長尺化は、光ピン５の反りをもたらし、コア２の光軸に対するマイクロミラー５ａの位置精度が悪化してしまい、光結合効率が低下する。
【００１０】
この発明は、上記の課題を解消するためになされたもので、２次元的に配列された光導波路や光電変換素子等の部品間を光結合する複数の光導波路と光路変換用のミラー面とを一体化して、製造プロセスの簡略化を図り、低価格化を実現できるとともに、光結合効率の低下を抑えることができる光路変換デバイスと光コネクタとを有する光結合構造体、上記光路変換デバイスとアレイ型光導波路ユニットとが実装された電気配線基板を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明に係る光結合構造体は、第１端面、第２端面およびミラー面が形成されたクラッドと、上記クラッドに埋設され、それぞれ第１コア端面が上記第１端面に露出し、第２コア端面が上記第２端面に露出し、該第１コア端面から上記ミラー面に至り、該ミラー面で方向を変えられて該第２コア端面に至る連続した光路を構成する複数のコアとを備え、上記第１コア端面および第２コア端面がそれぞれ上記第１端面および第２端面に２次元的に配列され、上記複数のコアは行方向コアと列方向コアとがマトリックス状に配列され、行方向コアと列方向コアの少なくとも一つは交差している光路変換デバイスと、上記第１端面あるいは第２端面の上記複数のコアが複数の導波路コアと相対するように設けられたアレイ型光導波路ユニットと、上記複数の導波路コアを光デバイスに接続するための光コネクタとを備えたことを特徴とするものである。
【００１２】
この発明に係る電気配線基板は、第１端面、第２端面およびミラー面が形成されたクラッドと、上記クラッドに埋設され、それぞれ第１コア端面が上記第１端面に露出し、第２コア端面が上記第２端面に露出し、該第１コア端面から上記ミラー面に至り、該ミラー面で方向を変えられて該第２コア端面に至る連続した光路を構成する複数のコアとを備え、上記第１コア端面および第２コア端面がそれぞれ上記第１端面および第２端面に２次元的に配列され、上記複数のコアは行方向コアと列方向コアとがマトリックス状に配列され、行方向コアと列方向コアの少なくとも一つは交差している光路変換デバイスと、上記第１端面あるいは第２端面の上記複数のコアが複数の導波路コアと相対するように設けられたアレイ型光導波路ユニットとが実装されたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
この発明によれば、低価格で光結合効率の高い光結合構造体、または電気配線基板が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】この発明の実施の形態１に係る光路変換デバイスを模式的に示す斜視図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る光路変換デバイスにおける光路変換動作を説明する側面図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る光路変換デバイスを用いた光結合構造を説明する模式図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係る光路変換デバイスを用いた光結合構造の実装例を示す模式図である。
【図５】この発明の実施の形態２に係る光路変換デバイスにおける光路変換動作を説明する模式図である。
【図６】この発明の実施の形態３に係る光路変換デバイスにおける光路変換動作を説明する模式図である。
【図７】この発明の実施の形態４に係る光路変換デバイスを用いた実装構造を示す模式図である。
【図８】この発明の実施の形態５に係る光路変換デバイスを用いた実装構造を示す模式図である。
【図９】この発明の実施の形態６に係る光路変換デバイスの製造方法を説明する工程図である。
【図１０】この発明の実施の形態７に係る光路変換デバイスの製造方法を説明する工程図である。
【図１１】この発明の実施の形態９に係る光路変換デバイスの製造方法を説明する工程図である。
【図１２】この発明の実施の形態９に係る光路変換デバイスの製造方法におけるコア形成方法を説明する図である。
【図１３】この発明の実施の形態１０に係る光路変換デバイスの製造方法を説明する工程図である。
【図１４】この発明の実施の形態１１に係る光路変換デバイスを示す側面図である。
【図１５】この発明の実施の形態１２に係る光路変換デバイスを示す側面図である。
【図１６】この発明の実施の形態１３に係る光路変換デバイスを示す側面図である。
【図１７】従来の光路変換デバイスを示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、この発明の実施の形態を図について説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る光路変換デバイスを模式的に示す斜視図、図２はこの発明の実施の形態１に係る光路変換デバイスにおける光路変換動作を説明する側面図である。
【００１６】
図１において、光路変換デバイス１０は、光路となる６本のＬ字状のコア１１が、クラッド１２内に埋め込まれて作製されている。
クラッド１２には、第１端面１２ａ、第２端面１２ｂおよび光路変換用のミラー面１３が形成されている。そして、コア１１の第１コア端面１１ａがクラッド１２の第１端面１２ａに３列・２行のマトリックス状（２次元的）に配列され、第２コア端面１１ｂがクラッド１２の第２端面１２ｂに３列・２行のマトリックス状（２次元的）に配列されている。各コア１１は、第１コア端面１１ａからミラー面１３に至る光路と、第２コア端面１１ｂからミラー面１３に至る光路とが、光軸をミラー面１３上で交差させ、かつ、光軸の交差点におけるミラー面１３の垂線に対して対称となるようにＬ字状に形成されている。そして、６本のコア１１は、ミラー面１３に直交する同一平面上に平行に配列された２本のコア１１を、該平面に直交する方向に平行に所定ピッチで３列に配列して構成されている。なお、ミラー面１３には、各コア１１の光軸の交差点が３列・２行のマトリックス状（２次元的）に配列されている。
【００１７】
なお、ミラー面１３は、コア１１の光軸に対して４５度の角度（ミラー角度θ）の平坦面に形成されている。また、第１および第２端面１２ａ、１２ｂは、それぞれコア１１の光軸に対して９０度の角度の平坦面に形成されている。
また、コア１１およびクラッド１２には、屈折率の異なるガラスが用いられている。そして、コア１１には、クラッド１２のガラスより屈折率の大きいガラスが用いられており、両者の屈折率差は０．１〜１．０％である。
【００１８】
このように構成された光路変換デバイス１０における光路変換動作について図２を参照しつつ説明する。
光１４は、光路変換デバイス１０の第１端面１２ａからコア１１の第１コア端面１１ａ内に入射する。そして、コア１１の屈折率＞クラッド１２の屈折率となっているので、光１４は、低損失でコア１１内を進んでミラー面１３に到達する。そこで、光１４は、ミラー面１３で反射され、光路を９０度変換されて低損失でコア１１内を進んで、コア１１の第２コア端面１１ｂから出射される。これにより、光１４の光路は、光路変換デバイス１０により９０度変換される。
なお、光１４が光路変換デバイス１０の第２端面１２ｂからコア１１の第２コア端面１１ｂ内に入射した場合も、同様に光路を９０度変換されて、コア１１の第１コア端面１１ａから出射される。
【００１９】
ついで、この光路変換デバイス１０を用いた光結合構造について図３を参照しつつ説明する。
図３において、アレイ型光電変換素子ユニット２０は、面発光型レーザ(VCSEL)および端面発光型レーザ(LD）等の発光素子あるいはフォトダイオード(PD)等の受光素子からなる光電変換素子２１が仕様に応じて適宜選択されて２次元に配列されて基板２２上に実装されている。ここでは、６つの光電変換素子２１が、光路変換デバイス１０のコア１１の第１コア端面１１ａと同等の配列ピッチで３列・２行のマトリックスに配列されている。
【００２０】
アレイ型光導波路ユニット２５は、光導波路となる断面矩形のコア２６が、その光軸を平行として、３列・２層のマトリックスに配列されて、クラッド２７に埋め込まれて作製されている。このアレイ型光導波路ユニット２５におけるコア２６の配列ピッチは、光路変換デバイス１０におけるコア１１の第２コア端面１１ｂの配列ピッチと等しく構成されている。そして、コア２６の長さ方向のユニット２５の両端面がコア２６の光軸に対して９０度の角度の平坦面に形成されている。ここで、コア２６およびクラッド２７の材料には、例えばフッ素化ポリイミドが用いられている。そして、コア２６には、クラッド２７のフッ素化ポリイミドより屈折率の大きいフッ素化ポリイミドが用いられている。そして、両者の屈折率差は０．１〜１．０％である。
【００２１】
この光路変換デバイス１０は、各コア１１の第１コア端面１１ａの光軸を光電変換素子２１の素子面の中心に一致させてアレイ型光電変換素子ユニット２０に密接して配設される。そして、アレイ型光導波路ユニット２５が、各コア２６の光軸を各コア１１の第２コア端面１１ｂの光軸に一致させて光路変換デバイス１０に密接して配設される。
これにより、光電変換素子２１が発光素子の場合、光電変換素子２１から出射された光は、光路変換デバイス１０により光路を９０度変換されて、アレイ型光導波路ユニット２５の一端側からコア２６に入射する。そして、コア２６の屈折率＞クラッド２７の屈折率となっているので、光は、低損失でコア２６内を進み、アレイ型光導波路ユニット２５の他端側から出射される。
一方、光電変換素子２１が受光素子の場合、アレイ型光導波路ユニット２５の他端側からコア２６に入射した光は、第２コア端面１１ｂからコア１１に入射する。そして、光は、光路変換デバイス１０により光路を９０度変換されて、第１コア端面１１ａから出射し、光電変換素子２１に受光される。
【００２２】
ついで、図３に示される光結合構造の実装例を図４に基づいて説明する。
ＩＣ１６およびアレイ型光電変換素子ユニット２０が半田バンプあるいはワイヤボンディングにより基板１７に実装される。また、光路変換デバイス１０およびアレイ型光導波路ユニット２５がコア１１、２６を互いに相対するようにして電気配線基板１９上に実装される。ついで、光電変換素子２１が光路変換デバイス１０のコア１１の第１コア端面１１ａに相対するようにして基板１７を半田ボール１８により電気配線基板１９上に実装することで、図３に示される光結合構造が実現される。
そして、例えば、アレイ型光導波路ユニット２５のコア２６が光スイッチや合分波器等の光デバイスと光コネクタ等により接続され、光通信システムや超並列コンピュータに組み込まれる。
【００２３】
ここで、図４では、アレイ型光電変換素子ユニット２０を基板１７に固定するものとしているが、アレイ型光電変換素子ユニット２０を光路変換デバイス１０に実装（固定）するようにしてもよい。
また、アレイ型光電変換素子ユニット２０を基板１７に半田バンプやワイヤボンディングにより電気的に接続するものとしているが、両者の接続には、導電性接着剤、Pin Grid Array(PGA)、Land Grid Array(LGA)等を用いてもよい。
【００２４】
また、アレイ型光電変換素子ユニット２０と光路変換デバイス１０との隙間やアレイ型光導波路ユニット２５と光路変換デバイス１０との隙間は、一般的に空気であるが、使用する波長で伝播損失が小さく、コア１１、２６と効率よく光結合できる材料、例えばフッ素化ポリイミド、ポリメチルメタアクリレート(PMMA)、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂等の樹脂をこれらの隙間に充填するようにしてもよい。
また、アレイ型光導波路ユニット２５は、例えばフッ素化ポリイミド、ポリメチルメタアクリレート、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂等の接着剤を用いて電気配線基板１９に固定できるが、位置決め用の枠体やガイドピンを用いてアレイ型光導波路ユニット２５を光路変換デバイス１０に固定してもよい。
【００２５】
このように、この実施の形態１によれば、光導波路であるコア１１が３×２のマトリックス状に配列されてクラッド１２に埋設され、光路変換用のミラー面１３がクラッド１２に一体に形成されている。
そこで、従来のマイクロミラー付き光ピン５や光ピン５を嵌め込むためのスルーホール３が不要となり、製造プロセスが簡略化され、低価格化が図られるとともに、スルーホール３の内壁面の凹凸に起因する光結合効率の低下もない。
【００２６】
また、コア１１を高い位置精度でマトリックス状の配列に作製できるので、マトリックス状に配列された光電変換素子２１（コア２６）とコア１１との光軸ずれが生じにくく、光結合効率の低下が抑えられる。
また、マトリックス状に配列された光素子間を単一の光路変換デバイスで光結合でき、構成が簡素化され、低価格化が図られる。
また、コア１１がミラー面１３の前後で連続しているので、伝播する光を十分閉じ込めることができ、損失を少なくすることができる。
【００２７】
また、コア１１がクラッド１２に埋設されているので、コア１１の長尺化に起因するコアの反りの発生は、従来技術のように光ピン５単品に発生する反りに比べて著しく低減される。その結果、コア１１を３×２のマトリックス状に配列しても、コア１１の位置精度の悪化がなく、光結合効率の低下が著しく抑えられる。
また、光路変換デバイス１０がブロック体であるので、アレイ型光電変換素子ユニット２０やアレイ型光導波路ユニット２５等の素子と光路変換デバイス１０とを光結合を、簡便な方法で精度よく行うことができる。
【００２８】
ここで、上記実施の形態１では、クラッド１２の一部を除去して平坦面のミラー面１３を作製するものとしているが、ミラー面１３に高反射率を有する金や多層膜を被覆するようにしてもよい。この場合、ミラー面１３での反射率が向上され、損失の低下が抑えられる。また、ミラー面１３に光選択透過膜を被覆するようにしてもよい。この場合、ミラー面１３にフィルタ機能が付与され、所定波長の光のみをミラー面１３を透過させて他の光導波路に入射させることができ、用途の拡大が図られる。
【００２９】
なお、上記実施の形態１では、コア１１の第１および第２コア端面１１ａ、１１ｂを３列・２行のマトリックス状に配列するものとしているが、第１および第２コア端面１１ａ、１１ｂの配列状態はこれに限定されるものではなく、光電変換素子２１の配列状態やコア２６の配列状態に合わせて適宜設定されるものである。また、第１および第２コア端面１１ａ、１１ｂの配列ピッチも、等ピッチである必要はなく、光電変換素子２１やコア２６の配列状態に合わせて適宜設定されるものである。さらに、第１および第２コア端面１１ａ、１１ｂは必ずしも３列・２行の完全なマトリックス状に配列されている必要はなく、例えばある１列の２個のコア端面が他の列のコア端面に対して行方向にオフセットされていてもよいし、ある１列に３個のコア端面が配列されていてもよい。
【００３０】
また、ミラー角度θを４５度とするものとしているが、ミラー角度θは４５度に限定されるものではなく、適宜設定すれば、光路の変換角度を任意に調整できる。
また、コア１１、２６内を伝播するモードはシングルモードでも、マルチモードでもよいことは言うまでもないことである。
【００３１】
また、上記実施の形態１では、コア１１およびクラッド１２の材料として、石英ガラス、酸化ガラス、ハロゲン化ガラス等のガラスを用いるものとしているが、コア１１およびクラッド１２の材料はこれに限定されるものではなく、伝播損失に対して低損失な材料であればよく、例えばフッ素化ポリイミド、ポリメチルメタアクリレート、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂等を用いることができる。そして、コア１１とクラッド１２との屈折率差を約０．１〜１．０％としているが、用途により適宜変更できることは言うまでもないことである。
【００３２】
また、光電変換素子２１の扱える波長は、０．８５μｍ、１．３μｍ、１．５５μｍのものが一般的であるが、これに限定されるものではなく、必要に応じて任意の波長を用いることができる。
【００３３】
また、光電変換素子２１の波長特性を活用して、複数の波長を扱えるようにしても良い。この場合、隣接するコア１１、２６を伝播する光のクロストークが抑えられるようになる。
【００３４】
また、アレイ型光導波路ユニット２５におけるコア２６およびクラッド２７は、フッ素化ポリイミドに限定されるものではなく、光の伝播に必要な屈折率が得られ、かつ、伝播波長に対して低損失の材料であればよく、例えば石英ガラス、酸化ガラス、ハロゲン化ガラス等のガラス、ポリメチルメタアクリレート、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂等を用いることができる。そして、コア２６とクラッド２７との屈折率差を約０．１〜１．０％としているが、用途により適宜変更できることは言うまでもないことである。
また、アレイ型光導波路ユニット２５は、コア２６をクラッド２７に埋め込んで構成するものとしているが、コアとクラッドとが一体に作製された複数の光ファイバを束ねてアレイ型光導波路ユニットを構成してもよい。
【００３５】
実施の形態２．
この実施の形態２では、図５に示されるように、ミラー角度θを４５度とする第２ミラー面１３ａがミラー面１３と第２端面１２ｂとの間に形成されている。
このように作製された光路変換デバイス１０Ａでは、光路を１８０度変換することができ、複雑な光路変換に対応できる。
なお、この実施の形態２においても、ミラー角度θを適宜設定することにより、光路の変換角度を任意に調整できる。
【００３６】
実施の形態３．
この実施の形態３では、図６に示されるように、ミラー角度θを４５度とする第２ミラー面１３ｂがミラー面１３と第２端面１２ｂとの間に形成されている。
このように作製された光路変換デバイス１０Ｂでは、光路をクランク変換（０度変換）することができ、複雑な光路変換に対応できる。
なお、この実施の形態３においても、ミラー角度θを適宜設定することにより、光路の変換角度を任意に調整できる。
【００３７】
実施の形態４．
図７はこの発明の実施の形態４に係る光路変換デバイスを用いた実装構造を示す模式図である。
この実施の形態４では、図７に示されるように、異なる基板１７に実装されたアレイ型光電変換素子ユニット２０間の光結合構造を光路変換デバイス１０とアレイ型光導波路ユニット２５と組み合わせて実現している。
従って、この光路変換デバイス１０は、アレイ型光電変換素素子ユニット２０とアレイ型光導波路ユニット２５との間の光結合、さらにはアレイ型光導波路ユニット２５間の光結合に適用することができる。
【００３８】
実施の形態５．
図８はこの発明の実施の形態５に係る光路変換デバイスを用いた実装構造を示す模式図である。
この実施の形態５では、図８に示されるように、異なる基板１７に実装されたアレイ型光電変換素子ユニット２０間の光結合構造を光路変換デバイス１０Ａで実現している。
従って、この光路変換デバイス１０Ａは、アレイ型光電変換素素子ユニット２０間の光結合に適用することができる。
【００３９】
実施の形態６．
図９はこの発明の実施の形態６に係る光路変換デバイスの製造方法を説明する工程図である。
【００４０】
ここで、コアおよびクラッド材として石英を用いて光路変換デバイスの製造方法について説明する。
まず、図９の（ａ）に示されるように、低屈折率の石英ガラスを用いて、薄板平板状の基板３０を作製する。ついで、スパッタ等の真空成膜技術を用いて高屈折率の石英を基板３０上に所定厚さに成膜する。そして、高屈折率の石英膜上にフォトレジストを塗布し、写真製版技術を用いてフォトレジストをパターニングした後、反応性イオンエッチング(RIE)により石英膜の不要部分を除去する。ついで、フォトレジストを除去して、同一平面上に形成された高屈折率の石英膜からなる４本のコア３１ａ、３１ｂが得られる。２本のコア３１ａは平行な直線状に形成され、２本のコア３１ｂは平行な直線状に形成され、コア３１ａとコア３１ｂとが互いに直交している。なお、コア３１ａ、３１ｂの交差部は直線上に位置し、コア１１の折り返し部に相当する。
そして、低屈折率の石英をスパッタ等の真空成膜技術を用いて基板３０上に所定厚さに成膜する。これにより、図９の（ｂ）に示されるように、コア３１ａ、３１ｂが低屈折率の石英（クラッド）に埋設されてなる導波路体３２が得られる。
【００４１】
ついで、この導波路体３２を図９の（ｃ）に示されるようにコア３１ａ、３１ｂを一致させて積み重ね、積み重ねられた導波路体３２を貼り合わせて導波路ユニット３３を得る。
ついで、ダイシングにより、導波路ユニット３３をコア３１ａ、３１ｂの交差部の一部とともに切断除去し、図９の（ｄ）に示されるように、ミラー面３４を形成し、光路変換デバイスを得る。なお、ミラー面３４はコア３１ａの光軸とコア３１ｂの光軸との交点位置を通るように形成されている。
【００４２】
このように作製された光路変換デバイスでは、コア３１ａとコア３１ｂとがミラー面３４で折り返されて連続するコア１１を構成し、低屈折率の石英がクラッド１２を構成し、ミラー面３４がミラー面１３を構成している。
そして、各コア１１は、第１コア端面１１ａからミラー面１３（３４）に至るコア３１ａと、第２コア端面１１ｂからミラー面１３（３４）に至るコア３１ｂとが、ミラー面１３（３４）上で交差し、かつ、該交差点におけるミラー面１３（３４）の垂線に対して対称となるように形成されている。そして、８本のコア１１は、ミラー面１３（３４）に直交する同一平面上に平行に配列された２本のコア１１を、該平面に直交する方向（積層方向）に平行に４列に配列して構成されている。また、第１コア端面１１ａおよび第２コア端面１１ｂが、それぞれ第１端面１２ａおよび第２端面１２ｂに４列・２行のマトリックス状に配列されている。
【００４３】
この実施の形態６による製造方法では、コア１１が写真製版技術と反応性イオンエッチングとを組み合わせて作製されているので、コア１１の位置精度が確保され、光電変換素子２１やコア２６との光結合における光結合効率を高めることができる。
また、導波路体３２に複数本のコア３１ａ、３１ｂを作製できるので、低価格化が図られる。
【００４４】
なお、上記実施の形態６では、ダイシングにより導波路ユニット３３を切断してミラー面３４を作製するものとしているが、ダイシングによる切断後、研磨を施してミラー面３４の平面度を高めるようにしてもよい。さらに、ダイシングに代えて、反応性イオンエッチングや研磨によりミラー面を形成するようにしてもよい。
また、上記実施の形態６では、高屈折率の石英膜を成膜した後、エッチングによりコアを形成するものとしているが、予め所定形状に作製されたコアを基板３０上に貼り付けてもよい。
【００４５】
また、上記実施の形態６において、１つの導波路体３２のみコア３１ａ、３１ｂを３本づつ作製すれば、１列のみ３行の第１および第２コア端面１１ａ、１１ｂの２次元的な配列状態が得られる。この場合、３本づつのコア３１ａ、３１ｂは、コア１１を構成するコア３１ａ、３１ｂの光軸の交点を直線上に配列するように導波路体３２に形成する必要がある。また、１つの導波路体３２のみコア３１ａ、３１ｂを１本づつ作製すれば、１列のみ１行の第１および第２コア端面１１ａ、１１ｂの２次元的な配列状態が得られる。
また、上記実施の形態６において、４つの導波路体３２を交互にオフセットして貼り合わせれば、第１および第２コア端面１１ａ、１１ｂを千鳥状に配列した２次元的な配列状態が得られる。この場合、各導波路体３２におけるコア１１を構成するコア３１ａ、３１ｂの光軸の交点を通る直線が、導波路体３２の積層方向に重なるように導波路体３２を積層する必要がある。
【００４６】
実施の形態７．
上記実施の形態６では、導波路体３２を貼り合わせた後ミラー面３４を作製するものとしているが、この実施の形態７では、基板を作製する段階でミラー面を形成するものである。
【００４７】
ここで、この実施の形態７による光路変換デバイスの製造方法について図１０を参照しつつ説明する。
まず、図１０の（ａ）に示されるように、低屈折率の石英ガラスを用いて、ミラー面３４ａが形成された薄板平板状の基板３０Ａを作製する。ついで、スパッタ等の真空成膜技術を用いて高屈折率の石英を基板３０Ａ上に所定厚さに成膜する。そして、高屈折率の石英膜上にフォトレジストを塗布し、写真製版技術を用いてフォトレジストをパターニングした後、反応性イオンエッチング(RIE)により石英膜の不要部分を除去する。ついで、フォトレジストを除去して、同一平面上に形成された高屈折率の石英膜からなる４本のコア３１ａ、３１ｂを得る。２本のコア３１ａは平行な直線状に形成され、２本のコア３１ｂは平行な直線状に形成され、コア３１ａとコア３１ｂとがミラー面３４ａで互いに直交している。 そして、低屈折率の石英をスパッタ等の真空成膜技術を用いて基板３０Ａ上に所定厚さに成膜する。これにより、図１０の（ｂ）に示されるように、コア３１ａ、３１ｂが低屈折率の石英（クラッド）に埋設されてなる導波路体３２Ａが得られる。
【００４８】
ついで、この導波路体３２Ａを図１０の（ｃ）に示されるようにミラー面３４ａを一致させて積み重ね、積み重ねられた導波路体３２Ａを貼り合わせて導波路ユニット３３を得る。これにより、図１０の（ｄ）示される光路変換デバイスが得られる。なお、ミラー面３４はミラー面３４ａにより構成され、コア３１ａの光軸とコア３１ｂの光軸との交点位置を通るように形成されている。
このように、この実施の形態７においても、上記実施の形態６と同様の光路変換デバイスが製造される。
【００４９】
実施の形態８．
上記実施の形態６では、コアおよびクラッド材として無機材である石英を用いるものとして説明しているが、この実施の形態８では、コアおよびクラッド材として有機材であるフッ素化ポリイミドを用いたものである。
まず、低屈折率の第１フッ素化ポリイミド溶液を石英基板上にスピンコートし、ベーキングして第１クラッド層を形成する。ついで、高屈折率の第２フッ素化ポリイミド溶液をスピンコートし、ベーキングして第１クラッド層上にコア層を形成する。
【００５０】
そして、コア層上にフォトレジストを塗布し、写真製版技術によりフォトレジストをパターニングし、その後反応性イオンエッチングによりコア層の不要部分を除去する。そして、フォトレジストを除去し、コア層からなるコアが得られる。ついで、第１フッ素化ポリイミド溶液をスピンコートし、ベーキングして第２クラッド層を形成する。
これにより、コアが第１および第２クラッド層に埋設されてなる導波路体（上述の導波路体３２に相当）が得られる。なお、コアは上記実施の形態６におけるコア３１ａ、３１ｂと同様に構成されている。以降、上記実施の形態６と同様に、この導波路体を積層貼り合わせて導波路ユニットを作製し、ミラー面を形成して、光路変換デバイスが得られる。
従って、この実施の形態８においても、上記実施の形態６と同様の効果が得られる。
【００５１】
なお、この実施の形態８では、コアおよびクラッド材としてフッ素化ポリイミドを用いるものとしているが、コアおよびクラッド材としてポリメチルメタアクリレート、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂等を用いた場合にも、この製造方法が適用できる。
また、上記実施の形態８では、コア層を反応性イオンエッチングによりパターニングするものとしているが、第２フッ素化ポリイミド溶液に光硬化性を付与すれば、写真製版技術のみでコア層をパターニングでき、製造プロセスの簡略化が図られる。
【００５２】
また、上記実施の形態８では、導波路体を貼り合わせた後ミラー面を作製するものとしているが、上記実施の形態７と同様に、第１および第２フッ素化ポリイミド溶液を塗布する基板に予めミラー面を形成するようにしてもよい。
また、上記実施の形態８では、第２フッ素化ポリイミド溶液を塗布・硬化してコア層を形成した後、エッチングによりコアを形成するものとしているが、予め所定形状に作製されたコアを第１クラッド層上に貼り付けてもよい。
【００５３】
実施の形態９．
図１１はこの発明の実施の形態９に係る光路変換デバイスの製造方法を説明する工程図、図１２はコア形成方法を説明する図である。
【００５４】
ここで、コアおよびクラッド材としてハロゲン化ガラスを用いて光路変換デバイスの製造方法について説明する。
まず、図１１の（ａ）に示されるように、ハロゲン化ガラスからなる平板状の基板４０を作製する。
ついで、図１２に示されるように、レーザ発生装置３８から出射された８１０ｎｍのレーザ光を集光レンズ３９で集光し、１００ＭＪ／ｃｍ２のエネルギーとして基板４０の所定の深さ位置に照射する。この時、基板４０は図１２中矢印方向に移動され、１本のコア４１ｂが基板４０内のレーザ光の集光位置に形成される。１本のコア４１ｂが形成された後、基板４０をコア４１ｂと直交する方向に所定量シフトさせ、同様に基板４０を移動させつつ２本目のコア４１ｂを形成する。このようにして、３本のコア４１ｂが基板４０内の同一平面上に平行に配列して形成される。
【００５５】
ついで、集光レンズ３９による基板４０内の集光位置を所定量浅くして、同様にして、基板４０内に３本のコア４１ｂを平行に配列して形成する。これにより、図１１の（ｂ）に示されるように、６本のコア４１ｂが３列・２層に配列された基板４０（導波路体）を得る。
ついで、基板４０の位置を９０度回転させて、レーザ発生装置３８および集光レンズ３９を用いて、同様にして６本のコア４１ａを３列・２層に配列して基板４０内に形成する。これにより、図１１の（ｃ）に示されるように、コア４１ａとコア４１ｂとが互いに直角に交差するように形成された基板４０（導波路体）を得る。なお、対応するコア４１ａとコア４１ｂとの交差部は同一平面上に位置している。
ついで、ダイシングにより、基板４０をコア４１ａ、４１ｂの交差部の一部とともに切断除去し、図１１の（ｄ）に示されるように、ミラー面４２を形成し、光路変換デバイスを得る。このミラー面４２はコア４１ａの光軸とコア４１ｂの光軸との交点位置を通るように形成されている。
【００５６】
このように作製された光路変換デバイスでは、コア４１ａとコア４１ｂとがミラー面４２で折り返されてコア１１を構成し、基板４０がクラッド１２を構成し、ミラー面４２がミラー面１３を構成している。
そして、各コア１１は、第１コア端面１１ａからミラー面１３（４２）に至るコア４１ａと、第２コア端面１１ｂからミラー面１３（４２）に至るコア４１ｂとが、ミラー面１３（４２）上で交差し、かつ、該交差点におけるミラー面１３（４２）の垂線に対して対称となるように形成されている。そして、コア１１は、ミラー面１３（４２）に直交する同一平面上に平行に配列された２本のコア１１を、該平面に直交する方向に平行に３列に配列して構成されている。
【００５７】
この実施の形態９による製造方法では、レーザ発生装置３８および集光レンズ３９を用いてレーザ光を基板４０に集光照射して、基板４０内部に屈折率変化をもたらしてコア４１ａ、４１ｂを作製している。そこで、上記実施の形態６乃至８に比べて、導波路体３２、３２Ａの貼り合わせ工程が不要となり、製造工程が簡略化され、低価格化が図られる。
また、上記実施の形態６乃至８による製造方法では、コアは断面矩形に形成されるが、この実施の形態９では、円形断面のコアを形成することができるので、伝播時の損失が少なく、効率的に光結合を行うことができる。
【００５８】
なお、上記実施の形態９では、基板４０としてハロゲン化ガラスを用いるものとしているが、基板の材料はハロゲン化ガラスに限定されるものではなく、光照射により屈折率変化を起こすものであればよく、例えば酸化ガラス、石英ガラスを用いることができる。
また、上記実施の形態９では、ダイシングにより基板４０を切断してミラー面４２を作製するものとしているが、ダイシングによる切断後、研磨を施してミラー面４２の平面度を高めるようにしてもよい。さらに、ダイシングに代えて、反応性イオンエッチングや研磨によりミラー面を形成するようにしてもよい。
【００５９】
また、上記実施の形態９では、光照射により３列・２層に配列されたコア４１ａ、４１ｂを基板４０内に形成するものとしているが、他の方法でコア４１ｂが３列・２層に配列された基板４０を作製した後、光照射により、３列・２層に配列されたコア４１ａを基板４０内に形成するようにしてもよい。ここで、コア４１ｂが３列・２層に配列された基板４０は、例えば基板４０に３列の凹溝を形成し、各凹溝内に石英導波路や光ファイバを２本づつ収納し、その後フッ素化ポリイミド等の接着剤を凹溝内に充填して一体化することで得られる。
【００６０】
実施の形態１０．
上記実施の形態９では、コア４１ａ、４１ｂが形成された基板４０にミラー面４２を作製するものとしているが、この実施の形態１０では、コア４１ａ、４１ｂの形成前の基板４０Ａにミラー面４２を形成するものである。
【００６１】
ここで、この実施の形態１０による光路変換デバイスの製造方法について図１３を参照しつつ説明する。
まず、図１３の（ａ）に示されるように、ハロゲン化ガラスを用いて、ミラー面４２が形成された平板状の基板４０Ａを作製する。
ついで、レーザ発生装置３８から出射された８１０ｎｍのレーザ光を集光レンズ３９で集光し、１００ＭＪ／ｃｍ２のエネルギーとして基板４０Ａの所定の深さ位置に照射する。この時、基板４０Ａは図１２中矢印方向に移動され、１本のコア４１ｂが基板４０Ａ内のレーザ光の集光位置に形成される。１本のコア４１ｂが形成された後、基板４０Ａをコア４１ｂと直交する方向に所定量シフトさせ、同様に基板４０Ａを移動させつつ２本目のコア４１ｂを形成する。このようにして、３本のコア４１ｂが同一平面上に平行に配列して形成された基板４０Ａ（導波路体）を得る。
【００６２】
ついで、集光レンズ３９による基板４０Ａ内の集光位置を所定量浅くして、同様にして、基板４０Ａ内に３本のコア４１ｂを平行に配列して形成する。これにより、図１３の（ｂ）に示されるように、６本のコア４１ｂが３列・２層に配列された基板４０Ａ（導波路体）を得る。
ついで、基板４０Ａの位置を９０度回転させて、レーザ発生装置３８および集光レンズ３９を用いて、同様にして６本のコア４１ａを３列・２層に配列して基板４０Ａ内に形成する。コア４１ａは、それぞれの光軸が、図１３の（ｃ）に示されるように、対応するコア４１ｂの光軸とミラー面４２上で直角に交差するように形成される。
【００６３】
これにより、光路変換デバイスが得られる。なお、ミラー面４２はコア４１ａの光軸とコア４１ｂの光軸との交点位置を通るように形成されている。
このように、この実施の形態１０においても、上記実施の形態９と同様の光路変換デバイスが製造される。
【００６４】
実施の形態１１．
図１４はこの発明の実施の形態１１に係る光路変換デバイスを示す側面図である。
この実施の形態１１による光路変換デバイス１０Ｃは、コア４５の光路断面がミラー面１３から第１コア端面４５ａに向かって漸次拡大するように形成されている。
なお、他の構成は上記実施の形態１と同様に構成されている。
【００６５】
この実施の形態１１によれば、コア４５の光路断面がミラー面１３から第１コア端面４５ａに向かって漸次拡大するように形成されているので、第１コア端面４５ａの断面積が大きくなり、第１コア端面４５ａが入射端面として使用される場合、光電変換素子２１やコア２６と光路変換デバイス１０Ｃとの位置決め精度が緩和される。
【００６６】
なお、コア４５の光路断面を変化させるには、反応性イオンエッチングにおけるマスク形状、レーザの集光方法等を変えることにより容易に達成できる。
また、上記実施の形態１１では、コア４５の光路断面がミラー面１３から第１コア端面４５ａに至る全領域において漸次拡大するように形成されているものとしているが、コア４５の光路断面は第１コア端面４５ａの断面積を最大とし、少なくとも第１コア端面４５ａ近傍で第１コア端面４５ａに向かって漸次拡大するように形成されていればよい。
また、上記実施の形態１１では、コア４５の光路断面がミラー面１３から第１コア端面４５ａに向かって漸次拡大するように形成されているものとしているが、コア４５の光路断面がミラー面１３から第２コア端面４５ｂに向かって漸次拡大するように形成されてもよい。
【００６７】
実施の形態１２．
図１５はこの発明の実施の形態１２に係る光路変換デバイスを示す側面図である。
この実施の形態１２による光路変換デバイス１０Ｄは、コア４６の光路断面がミラー面１３から第１コア端面４６ａに向かって漸次縮小するように形成されている。
なお、他の構成は上記実施の形態１１と同様に構成されている。
【００６８】
この実施の形態１２によれば、コア４６の光路断面がミラー面１３から第１コア端面４６ａに向かって漸次縮小するように形成されているので、第１コア端面４６ａの断面積が小さくなり、第１コア端面４６ａが出射端面として使用される場合、光電変換素子２１やコア２６と光路変換デバイス１０Ｄとの位置決め精度が緩和される。
【００６９】
なお、上記実施の形態１２では、コア４６の光路断面がミラー面１３から第１コア端面４６ａに至る全領域において漸次縮小するように形成されているものとしているが、コア４６の光路断面は、第１コア端面４６ａの断面積を最小とし、少なくとも第１コア端面４６ａ近傍で第１コア端面４６ａに向かって漸次縮小するように形成されていればよい。
また、上記実施の形態１２では、コア４６の光路断面がミラー面１３から第１コア端面４６ａに向かって漸次縮小するように形成されているものとしているが、コア４６の光路断面がミラー面１３から第２コア端面４６ｂに向かって漸次縮小するように形成されてもよい。
【００７０】
実施の形態１３．
図１６はこの発明の実施の形態１３に係る光路変換デバイスを示す側面図である。
この実施の形態１３による光路変換デバイス１０Ｅは、分岐コア４８ａ、４８ｂが第２端面１２ｂとミラー面１３とのコア４７の途中部分から分岐して第２端面１２ｂに露出するように形成されている。
なお、他の構成は上記実施の形態１と同様に構成されている。
この実施の形態１３によれば、コア４７が２本の分岐コア４８ａ、４８ｂに分岐しているので、２つの光を１つの光に集合させて出射したり、１つの光を２つの光に分岐して出射したりすることができ、用途を拡大することができる。
なお、この場合、光路変換デバイス１０Ｅの第１端面１２ａに２次元的に配列された第１コア端面４７ａの個数と第２端面１２ｂに２次元的に配列された第２コア端面４７ｂの個数とが異なることになる。
また、分岐するコア４７の個数は、光結合の仕様に合わせて適宜設定されるものである。また、第１端面１２ａとミラー面１３とのコア４７の途中部分から分岐して第１端面１２ａに露出するようにしてもよい。
また、分岐コア４８ａ、４８ｂの途中にフィルタを形成すれば、分岐コア４８ａ、４８ｂに選択的に光を通すことができる。さらに、分岐コア４８ａ、４８ｂの途中にサーモオプティック(Thermo Optic)スイッチを設ければ、光路を選択的に切り換えることができる。
【符号の説明】
【００７１】
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ 光路変換デバイス、１１、４５、４６、４７ コア、１１ａ、４５ａ、４６ａ、４７ａ 第１コア端面、１１ｂ、４５ｂ、４６ｂ、４７ｂ 第２コア端面、１２ クラッド、１２ａ 第１端面、１２ｂ 第２端面、１３ ミラー面、３２、３２Ａ 導波路体、３３ 導波路ユニット、４０、４０Ａ 基板（導波路体）。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１端面、第２端面およびミラー面が形成されたクラッドと、上記クラッドに埋設され、それぞれ第１コア端面が上記第１端面に露出し、第２コア端面が上記第２端面に露出し、該第１コア端面から上記ミラー面に至り、該ミラー面で方向を変えられて該第２コア端面に至る連続した光路を構成する複数のコアとを備え、上記第１コア端面および第２コア端面がそれぞれ上記第１端面および第２端面に２次元的に配列され、上記複数のコアは行方向コアと列方向コアとがマトリックス状に配列され、行方向コアと列方向コアの少なくとも一つは交差している光路変換デバイスと、
上記第１端面あるいは第２端面の上記複数のコアが複数の導波路コアと相対するように設けられたアレイ型光導波路ユニットと、
上記複数の導波路コアを光デバイスに接続するための光コネクタと
を備えたことを特徴とする光結合構造体。
【請求項２】
第１端面、第２端面およびミラー面が形成されたクラッドと、上記クラッドに埋設され、それぞれ第１コア端面が上記第１端面に露出し、第２コア端面が上記第２端面に露出し、該第１コア端面から上記ミラー面に至り、該ミラー面で方向を変えられて該第２コア端面に至る連続した光路を構成する複数のコアとを備え、上記第１コア端面および第２コア端面がそれぞれ上記第１端面および第２端面に２次元的に配列され、上記複数のコアは行方向コアと列方向コアとがマトリックス状に配列され、行方向コアと列方向コアの少なくとも一つは交差している光路変換デバイスと、
上記第１端面あるいは第２端面の上記複数のコアが複数の導波路コアと相対するように設けられたアレイ型光導波路ユニットと
が実装されたことを特徴とする電気配線基板。
【請求項１】
第１端面、第２端面およびミラー面が形成されたクラッドと、上記クラッドに埋設され、それぞれ第１コア端面が上記第１端面に露出し、第２コア端面が上記第２端面に露出し、該第１コア端面から上記ミラー面に至り、該ミラー面で方向を変えられて該第２コア端面に至る連続した光路を構成する複数のコアとを備え、上記第１コア端面および第２コア端面がそれぞれ上記第１端面および第２端面に２次元的に配列され、上記複数のコアは行方向コアと列方向コアとがマトリックス状に配列され、行方向コアと列方向コアの少なくとも一つは交差している光路変換デバイスと、
上記第１端面あるいは第２端面の上記複数のコアが複数の導波路コアと相対するように設けられたアレイ型光導波路ユニットと、
上記複数の導波路コアを光デバイスに接続するための光コネクタと
を備えたことを特徴とする光結合構造体。
【請求項２】
第１端面、第２端面およびミラー面が形成されたクラッドと、上記クラッドに埋設され、それぞれ第１コア端面が上記第１端面に露出し、第２コア端面が上記第２端面に露出し、該第１コア端面から上記ミラー面に至り、該ミラー面で方向を変えられて該第２コア端面に至る連続した光路を構成する複数のコアとを備え、上記第１コア端面および第２コア端面がそれぞれ上記第１端面および第２端面に２次元的に配列され、上記複数のコアは行方向コアと列方向コアとがマトリックス状に配列され、行方向コアと列方向コアの少なくとも一つは交差している光路変換デバイスと、
上記第１端面あるいは第２端面の上記複数のコアが複数の導波路コアと相対するように設けられたアレイ型光導波路ユニットと
が実装されたことを特徴とする電気配線基板。
【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】
【公開番号】特開２００９−２３７５９６（Ｐ２００９−２３７５９６Ａ）
【公開日】平成２１年１０月１５日（２００９．１０．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１７１２８１（Ｐ２００９−１７１２８１）
【出願日】平成２１年７月２２日（２００９．７．２２）
【分割の表示】特願２００６−２８０４００（Ｐ２００６−２８０４００）の分割
【原出願日】平成１４年４月２３日（２００２．４．２３）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１２年度、新エネルギー・産業技術総合開発機構、「超高密度電子ＳＩ技術の研究開発（超高密度電子ＳＩ技術の研究開発）」委託研究、産業活力再生特別措置法第３０条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月１５日（２００９．１０．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月２２日（２００９．７．２２）
【分割の表示】特願２００６−２８０４００（Ｐ２００６−２８０４００）の分割
【原出願日】平成１４年４月２３日（２００２．４．２３）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１２年度、新エネルギー・産業技術総合開発機構、「超高密度電子ＳＩ技術の研究開発（超高密度電子ＳＩ技術の研究開発）」委託研究、産業活力再生特別措置法第３０条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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