光模块的制作方法

1.本发明涉及光模块。


背景技术：

2.使用于光通信等的光模块具备对被输入的光赋予规定作用并输出的光学元件。作为光学元件，例如使用了具有干涉波导部的波导元件。干涉波导部由波导构成，并且是具有使被输入的光发生干涉的光干涉功能的部分(专利文献1)。
3.现有技术文献
4.专利文献
5.专利文献1：日本特开2014
‑
165384号公报


技术实现要素：

6.发明要解决的课题
7.波导元件、光学元件在与基板相向的搭载面通过接合材料而被接合、搭载于基板。在这种情况下，当波导元件、光学元件的搭载面的整个表面通过接合材料被接合于基板时，波导元件、光学元件由于来自基板的应力而变形，存在有波导元件、光学元件的光学特性发生变化的情况。
8.本发明是鉴于上述而完成的，其目的在于，提供来自基板的应力所引起的波导元件、光学元件的光学特性变化得到了抑制的光模块。
9.用于解决课题的手段
10.为了解决上述课题以达成目的，根据本发明的一个方面的光模块，其特征在于，具备基板、以及具有与上述基板相向的搭载面和拥有光干涉功能的干涉波导部的波导元件，上述搭载面包含将上述干涉波导部投影至上述搭载面而得的投影区域和非投影区域，上述波导元件在上述非投影区域中通过接合材料而接合于上述基板。
11.根据本发明一个方面的光模块，其特征在于，在与上述投影区域相隔有构成上述干涉波导部的波导宽度的2倍以上的距离的、上述非投影区域内的区域中，上述波导元件通过接合材料而接合于上述基板。
12.根据本发明一个方面的光模块，其特征在于，上述波导元件是包含半导体或玻璃的平面光波电路元件。
13.根据本发明一个方面的光模块，其特征在于，上述干涉波导部是环形共振器或马赫曾德干涉计。
14.根据本发明一个方面的光模块，其特征在于，上述基板或上述波导元件具备将上述接合材料定位在上述非投影区域的位置控制部。
15.根据本发明一个方面的光模块，其特征在于，具备基板、以及具有与上述基板相向的搭载面且对被输入的光赋予规定作用并输出的光学元件，上述搭载面包含将上述光学元件中的上述光的光路投影至上述搭载面而得的投影区域和非投影区域，上述光学元件在上
述非投影区域中通过接合材料而接合于上述基板。
16.根据本发明一个方面的光模块，其特征在于，上述光学元件是标准具滤光器或偏振光束合束器/分束器。
17.根据本发明一个方面的光模块，其特征在于，上述基板或上述光学元件具备将上述接合材料定位在上述非投影区域的位置控制部。
18.根据本发明一个方面的光模块，其特征在于，具备基板、以及具有与上述基板相向的搭载面且对被输入的光赋予规定作用并输出的光学元件，上述光学元件在上述搭载面处通过彼此分离的多个接合材料而接合于上述基板。
19.根据本发明一个方面的光模块，其特征在于，上述基板或上述光学元件具备将上述多个接合材料彼此分离地定位的位置控制部。
20.发明的效果
21.根据本发明，取得了来自基板的应力所引起的波导元件、光学元件的光学特性的变化得到抑制的效果。
附图说明
22.[图1]图1为根据实施方式1的光模块的示意性局部剖切侧视图。
[0023]
[图2]图2为说明波导元件的搭载状态的示意图。
[0024]
[图3]图3为说明波导元件的搭载状态的一例的示意图。
[0025]
[图4]图4为说明波导元件的搭载状态的一例的示意图。
[0026]
[图5]图5为说明波导元件的搭载状态的一例的示意图。
[0027]
[图6]图6为说明波导元件的搭载状态的一例的示意图。
[0028]
[图7]图7为说明波导元件的搭载状态的一例的示意图。
[0029]
[图8]图8为说明波导元件的搭载状态的一例的示意图。
[0030]
[图9]图9为说明光学元件的搭载状态的一例的示意图。
[0031]
[图10]图10为说明光学元件的搭载状态的一例的示意图。
[0032]
[图11]图11为说明波导元件的搭载状态的一例的示意图。
[0033]
[图12]图12为说明波导元件的搭载状态的一例的示意图。
[0034]
[图13]图13为说明波导元件的搭载状态的一例的示意图。
[0035]
[图14]图14为说明波导元件的搭载状态的一例的示意图。
[0036]
[图15a]图15a为说明图案的例子的示意图。
[0037]
[图15b]图15b为说明图案的例子的示意图。
[0038]
[图15c]图15c为说明图案的例子的示意图。
[0039]
[图15d]图15d为说明图案的例子的示意图。
[0040]
[图15e]图15e为说明图案的例子的示意图。
[0041]
[图15f]图15f为说明图案的例子的示意图。
具体实施方式
[0042]
以下，参照附图对本发明的实施方式详细地进行说明。需要说明的是，本发明不限定于以下所说明的实施方式。另外，在附图的记载中，对相同或对应的要素适当地赋予相同
的符号，适宜地省略重复说明。另外，需要留意的是，附图是示意性的，存在有各要素的尺寸关系、各要素的比率等与现实不同的情况。
[0043]
(实施方式1)
[0044]
图1是根据实施方式1的光模块的示意性的局部剖切侧视图。该光模块100具备壳体1。壳体1具备底板部1a、侧壁部1b、上盖部1c、以及光输出部1d。底板部1a是板状的构件。侧壁部1b是具有4个面的框架板状的构件，并且各面与底板部1a大致正交。上盖部1c是与底板部1a相向地进行配置的板状的构件。光输出部1d是圆管状的构件，并且设置于侧壁部1b的1个面。在侧壁部1b上设置有透光性的窗，以使光能够从壳体1内部穿过窗及光输出部1d而通过。
[0045]
底板部1a包含铜钨(cuw)、铜钼(cumo)、氧化铝(al2o3)等导热系数高的材料。侧壁部1b、上盖部1c、光输出部1d包含fe
‑
ni
‑
co合金、氧化铝等热膨胀系数低的材料。
[0046]
在光模块100的内部，容纳有以下组件：热电冷却元件(tec)2、载体3、半导体激光元件4、透镜5、光隔离器6、透镜架7、透镜8、波导元件10、光接收元件架11、光接收元件单元12。
[0047]
光模块100被构成为：这些组件实际安装在壳体1的内部，并安装上盖部1c以进行气密密封。
[0048]
光模块100被构成为半导体激光模块。以下，对各组件的构成及功能进行说明。
[0049]
热电冷却元件2固定在底板部1a上。热电冷却元件2经由未图示的引线而从外部被供给电力，并根据电流的流动方向而进行吸热或放热。在本实施方式中，热电冷却元件2是公知的珀尔帖模块，并具有在2个绝缘性的基板之间配置有半导体元件的构成。在2个基板当中，将上盖部1c侧的基板设为基板2a。需要说明的是，2个基板例如包含作为陶瓷的氮化铝、氧化铝、氮化硅(si3n4)中的任意一者。2个基板可以是氮化铝基板、氧化铝基板、或氮化硅基板。
[0050]
载体3、半导体激光元件4、透镜5、光隔离器6、透镜架7、透镜8、波导元件10、光接收元件架11、光接收元件单元12搭载在热电冷却元件2中的基板2a上。这些组件通过使电流流过热电冷却元件2而被控制为期望的温度。
[0051]
半导体激光元件4搭载在载体3上，例如为可调谐激光元件。载体3也被称为副基座，包含热传导性高的绝缘性材料，并将半导体激光元件4所产生的热高效地输送至热电冷却元件2。
[0052]
半导体激光元件4经由未图示的引线而从外部被供给电力，并将激光l1输出至透镜5侧。激光l1的波长例如是作为光通信的波长而适宜的900nm以上1650nm以下。
[0053]
透镜5搭载在载体3上。激光l1输入到透镜5，透镜5将激光l1准直并输出。
[0054]
准直后的激光l1输入到光隔离器6，其使激光l1通过并向光输出部1d侧输出。光隔离器6阻止从光输出部1d侧行进过来的光的通过。由此，光隔离器6阻止反射光等从外部输入至半导体激光元件4。
[0055]
半导体激光元件4还从与透镜5相向且与输出激光l1的端面(输出端面)相反侧的端面(后端面)输出功率较弱的激光l2。透镜8搭载在透镜架7上，将激光l2聚光并输出至波导元件10。
[0056]
波导元件10是包含(例如)石英系玻璃、硅等半导体的平面光波电路元件。波导元
件10具有1个环形共振器10a作为具有光干涉功能的干涉波导部。但是，波导元件也可以具有多个环形共振器。环形共振器10a是由环形波导以及使光输入、输出至环形波导的2个光耦合波导构成的部分。作为光耦合波导，例如可以使用多模干涉波导型、定向耦合器(日文：方向性結合器)。另外，关于波导元件10，作为一个主表面的搭载面10b与基板2a相向，在搭载面10b侧搭载在基板2a上，并通过接合材料9而接合于基板2a。环形共振器10a形成在搭载面10b的相反侧的表面附近。接合材料9例如为环氧树脂、丙烯酸系树脂、橡胶粘接剂、硅树脂粘接剂或焊料。
[0057]
关于环形共振器10a，其透过特性相对于波长而周期性变化。波导元件10将所输入的激光l2分成2部分，输出该2部分中的1部分，并使另1部分透过环形共振器10a并输出。
[0058]
光接收元件单元12搭载在光接收元件架11上，并具备2个光接收元件。2个光接收元件分别接收从波导元件10输出的2个激光中的各个激光。从2个光接收元件的各个光接收元件输出的电流信号被输出至外部的控制器，并且与公知技术同样地用于激光l1的波长控制。
[0059]
如图2所示，搭载面10b包含作为将环形共振器10a投影至搭载面10b而得的区域的投影区域10ba、以及作为投影区域10ba以外的区域的非投影区域10bb。由于投影区域10ba是将构成环形共振器10a的波导投影而得的区域，因此例如被环形波导的投影区域包围的区域不是投影区域10ba，而是非投影区域10bb。并且，波导元件10在非投影区域10bb中通过接合材料9而接合于基板2a。
[0060]
当光模块100接收到环境温度的变化，或者热电冷却元件2进行温度调节时，由于接合材料9发生膨胀或收缩，因而应力施加到波导元件10。但是，由于波导元件10在非投影区域10bb中通过接合材料9而接合于基板2a，因而应力变得难以作用于光学特性容易因应力而发生变化的环形共振器10a。其结果是，抑制了来自基板的应力所引起的波导元件10的光学特性的变化。
[0061]
此外，优选的是，在非投影区域10bb当中，在与投影区域10ba间隔一定程度距离(图2中的距离d)的区域处，波导元件10通过接合材料9而进行接合。由此，由接合材料9的膨胀、收缩所引起的应力变得更进一步难以作用于环形共振器10a。作为间隔距离，优选为构成环形共振器10a的波导的波导宽度的2倍以上。所谓的波导宽度，是指与环形共振器10a平行且与波导的延伸方向正交的方向上的宽度。一般地，由于波导光在波导中渗出(日文：
しみ
出
す
)的宽度小于波导宽度的2倍，因而若间隔距离为波导宽度的2倍以上，则能够进一步可靠地抑制应力对环形共振器10a的作用。
[0062]
如上述所说明的那样，在光模块100中，抑制了来自基板的应力所引起的波导元件10的光学特性的变化。另外，当如光模块100那样，将波导元件10的一个端面侧的非投影区域10bb固定于基板时，得到了能够更进一步抑制来自该基板的应力所引起的波导元件10的光学特性的变化这种优点。
[0063]
以下，对实施方式1的变形例进行说明。图3为说明光模块中的波导元件10的搭载状态的一例的示意图。该波导元件10搭载在替换基板2a的基板、即基板21上。基板21具备作为将接合材料9定位于非投影区域的位置控制部的金属化图案21a。金属化图案21a在与纸面垂直的方向上延伸得比接合材料9长。关于接合材料9，由于在固化途中的状态下通过金属化图案21a而防止了其向投影区域10ba的流出，因而能够将其定位于非投影区域10bb。
[0064]
图4为说明光模块中的波导元件10的搭载状态的一例的示意图。该波导元件10搭载在替换基板2a的基板、即基板22上。基板22具备作为将接合材料9定位于非投影区域的位置控制部的突起22a。突起22a在与纸面垂直的方向上延伸得比接合材料9长。关于接合材料9，由于在固化途中的状态下通过突起22a而防止了其向投影区域10ba的流出，因而能够将其定位于非投影区域10bb。
[0065]
图5为说明光模块中的波导元件10的搭载状态的一例的示意图。该波导元件10搭载在替换基板2a的基板、即基板23上。基板23具备作为将接合材料9定位于非投影区域的位置控制部的粗面区域23a。粗面区域23a在与纸面垂直的方向上延伸得比接合材料9长。关于接合材料9，由于在固化途中的状态下其滞留于粗面区域23a，因而防止了其向投影区域10ba的流出，因此能够将其定位于非投影区域10bb。
[0066]
图6为说明光模块中的波导元件10的搭载状态的一例的示意图。该波导元件10搭载在替换基板2a的基板、即基板24上。基板24具备作为将接合材料9定位于非投影区域的位置控制部的沉孔(日文：座繰
り
)部24a。沉孔部24a在与纸面垂直的方向上延伸得比接合材料9长。关于接合材料9，当在固化途中的状态下流动时，其容易流动至沉孔部24a。由此，关于接合材料9，由于防止了其向投影区域10ba的流出，因此能够将其定位于非投影区域10bb。
[0067]
图7为说明光模块中的波导元件10a的搭载状态的一例的示意图。该波导元件10a具备环形共振器10aa。关于波导元件10a，搭载面10ab与环形共振器10aa不平行。波导元件10a搭载在基板25上。对于该波导元件10a，搭载面10ab包含作为将环形共振器10a投影至搭载面10b而得的区域的投影区域10aba、以及作为投影区域10aba以外的区域的非投影区域10abb。并且，波导元件10a在非投影区域10abb中通过接合材料9而接合于基板25。由此，抑制了来自基板的应力所引起的波导元件10a的光学特性的变化。
[0068]
图8为说明光模块中的波导元件10b的搭载状态的一例的示意图。波导元件10b是例如包含石英系玻璃、硅等半导体的马赫曾德干涉计元件。然而，波导元件10b具有一级(日文：一段)的马赫曾德干涉计10ba作为具有光干涉功能的干涉波导部。然而，波导元件也可以具有多个马赫曾德干涉计。马赫曾德干涉计10ba是由2个光耦合波导、以及连接于2个光耦合波导的支路波导(日文：
アーム
導波路)构成的部分。关于波导元件10b，作为一个主表面的搭载面10bb与基板2a相向，在搭载面10bb侧搭载在基板2a上，并通过接合材料9而接合于基板2a。马赫曾德干涉计10ba形成于搭载面10bb的相反侧的表面附近。
[0069]
搭载面10bb包含作为将马赫曾德干涉计10ba投影至搭载面10bb而得的区域的投影区域10bba、以及作为投影区域10bba以外的区域的非投影区域10bbb。并且，波导元件10b在非投影区域10bbb中通过接合材料9而接合于基板2a。由此，抑制了来自基板的应力所引起的波导元件10的光学特性的变化。
[0070]
此外，优选的是，在非投影区域10bbb当中，在与投影区域10bba间隔一定程度距离的区域处，波导元件10b通过接合材料9而进行接合。作为间隔距离，优选为构成马赫曾德干涉计10ba的波导的波导宽度的2倍以上。
[0071]
(实施方式2)
[0072]
对于波导元件以外的光学元件，根据实施方式2的光模块能够抑制来自基板的应力所引起的光学特性的变化。
[0073]
图9是说明光模块中的光学元件的搭载状态的一例的示意图，图9(a)为俯视图，图
9(b)为侧视图。
[0074]
光学元件10c是标准具滤光器。关于光学元件10c，其透过特性相对于波长而周期性变化，将所输入的激光l1以与其波长对应的透过率透过并输出。关于光学元件10c，作为一个主表面的搭载面10cb与基板2a相向，在搭载面10cb侧搭载在基板2a上，并通过接合材料9而接合于基板2a。
[0075]
搭载面10cb包含作为将激光l1的光路投影至搭载面10cb而得的区域的投影区域10cba、以及作为投影区域10cba以外的区域的非投影区域10cbb。投影区域10cba具有与激光l1的光束直径相等的宽度。光束直径可以设为激光l1的光束轮廓(日文：
ビームプロファイル
)的1/e2总宽。并且，光学元件10c在非投影区域10cbb中通过接合材料9而接合于基板2a。
[0076]
由于光学元件10c在非投影区域10cbb中通过接合材料9而接合于基板2a，因而抑制了来自基板的应力所引起的光学特性的变化(例如，透过特性的变化)。此外，优选的是，在非投影区域10cbb当中，在与投影区域10cba间隔一定程度距离的区域处，光学元件10c通过接合材料9而进行接合。由此，由接合材料9的膨胀、收缩所引起的应力变得更进一步难以作用于光学元件10c。作为间隔距离，优选为激光l1的光束直径的2倍以上。
[0077]
图10是说明光模块中的光学元件10d的搭载状态的一例的示意图。光学元件10d为偏振光束合束器/分束器。关于光学元件10d，当被输入彼此正交的线性偏振的光时，将其偏振合成并输出，或者将所输入的光偏振分离为彼此正交的线性偏振的光并输出。在图10中，示出了将所输入的激光l2、l3偏振合成而作为激光l4来输出的例子。关于光学元件10d，作为一个主表面的搭载面10db与基板2a相向，在搭载面10db侧搭载在基板2a上，并通过接合材料9而接合于基板2a。
[0078]
搭载面10db包含作为将激光l2、l3、l4的光路投影至搭载面10db而得的区域的投影区域、以及作为投影区域以外的区域的非投影区域。投影区域具有与激光l2、l3、l4的光束直径相等的宽度。并且，光学元件10d在非投影区域中通过接合材料9而接合于基板2a。
[0079]
由于光学元件10d在非投影区域中通过接合材料9而接合于基板2a，因而抑制了来自基板的应力所引起的光学特性的变化(例如，偏振合波时的损失的劣化、偏振分离时的偏振消光比的劣化)。
[0080]
(实施方式3)
[0081]
根据实施方式3的光模块能够抑制来自光学元件的基板的应力所引起的光学特性的变化。
[0082]
图11是说明光模块中的作为光学元件的波导元件10的搭载状态的一例的示意图。波导元件10具有环形共振器10a、以及与基板26相向的搭载面10b。波导元件10在搭载面10b中通过彼此分离的多个接合材料9而接合于基板26。基板26替换了基板2a。由此，由于各接合材料9单独地施加于波导元件10的应力变小，因而抑制了来自基板的应力所引起的波导元件10的光学特性的变化。关于各接合材料9的尺寸，只要以来自基板的应力所引起的波导元件10的光学特性的变化成为容许程度以下的方式设定即可。
[0083]
在此，基板26具备：作为将各接合材料9彼此分离地进行定位的位置控制部的金属化图案26a。金属化图案26a在与纸面垂直的方向上延伸得比接合材料9长。通过金属化图案26a，从而接合材料9即使在固化途中的状态下也能够维持彼此分离的状态。
[0084]
图12是说明光模块中的波导元件10的搭载状态的一例的示意图。该波导元件10搭载在替换基板2a的基板、即基板27上。基板27具备作为将接合材料9彼此分离地进行定位的位置控制部的突起27a。突起27a在与纸面垂直的方向上延伸得比接合材料9长。通过突起27a，从而接合材料9即使在固化途中的状态下也能够维持彼此分离的状态。
[0085]
图13是说明光模块中的波导元件10的搭载状态的一例的示意图。该波导元件10搭载在替换基板2a的基板、即基板28上。基板28具备作为将接合材料9彼此分离地进行定位的位置控制部的沉孔部28a。沉孔部28a在与纸面垂直的方向上延伸得比接合材料9长。通过沉孔部28a，从而接合材料9即使在固化途中的状态下流出，也由于沉孔部28a而无法到达相邻的接合材料9，而维持了彼此分离的状态。
[0086]
图14是说明光模块中的波导元件10的搭载状态的一例的示意图。该波导元件10搭载在替换基板2a的基板、即基板29上。基板29具备作为将接合材料9彼此分离地进行定位的位置控制部的粗面区域29a。粗面区域29a在与纸面垂直的方向上延伸得比接合材料9长。关于各接合材料9，由于在固化途中的状态下其滞留于粗面区域29a，因而维持了彼此分离的状态。
[0087]
例如，如图15a～图15f所示，作为位置控制部的金属化图案26a、突起27a、沉孔部28a、粗面区域29a被形成为长条状、格子状、同心圆状、方格状、波状、蜂窝状。此外，这些位置控制部也可以被形成为同心正方形状、同心多边形状、点状、曲线状、多边形状、或者它们的任意组合的形状。另外，这些形状也可以适用于实施方式1的变形例中的金属化图案21a、突起22a、粗面区域23a、沉孔部24a。
[0088]
需要说明的是，虽然实施方式3中的光学元件是波导元件10，但是光学元件也可以是标准具滤光器、偏振光束合束器/分束器等。
[0089]
另外，在实施方式1、2中，通过1个接合材料进行了接合，但是只要为非投影领域，则接合材料也可以是多个。另外，接合材料也可以位于被环形波导的投影区域包围的非投影区域、被支路波导的投影区域夹在中间的非投影区域。
[0090]
另外，在实施方式1、3中，位置控制部设置在基板上，但是也可以设置在波导元件或光学元件上，或者也可以设置在基板和元件这两者上。
[0091]
另外，本发明不限定于上述实施方式。本发明还包括将上述各构成要素适宜组合而构成的方式。另外，进一步的效果、变形例对于本领域技术人员而言是能够容易导出的。因此，本发明的更宽泛的方面不限定于上述实施方式，并且能够进行各种变更。
[0092]
产业上的可利用性
[0093]
本发明能够利用于光模块。
[0094]
附图标记的说明
[0095]
1 壳体
[0096]
1a 底板部
[0097]
1b 侧壁部
[0098]
1c 上盖部
[0099]
1d 光输出部
[0100]
2 热电冷却元件
[0101]
2a、21、22、24、25、26、27、28、29 基板
[0102]
3 载体
[0103]
4 半导体激光元件
[0104]
5、8 透镜
[0105]
6 光隔离器
[0106]
7 透镜架
[0107]
9 接合材料
[0108]
10、10a、10b 波导元件
[0109]
10a、10aa 环形共振器
[0110]
10b、10ab、10bb、10cb、10db 搭载面
[0111]
10ba、10aba、10bba、10cba 投影区域
[0112]
10bb、10abb、10bbb、10cbb 非投影区域
[0113]
10bb 马赫曾德干涉计
[0114]
10c、10d 光学元件
[0115]
11 光接收元件架
[0116]
12 光接收元件单元
[0117]
21a、26a 金属化图案
[0118]
22a、27a 突起
[0119]
23a、29a 粗面区域
[0120]
24a、28a 沉孔部
[0121]
100 光模块
[0122]
l1、l2、l3、l4 激光