CN1886687A - 光学元件耦合结构体 - Google Patents

Abstract

本发明的光学元件耦合结构体(1)，具备：沿光轴(1a)方向延伸的光纤(2)；与光纤(2)一起沿光轴(1a)方向排列并具有面向光纤(2)的端面(12)的端面(18)的光波导(4)；以及与它们连接在一起的基板(6)。光纤(2)的端面(12)相对光轴(1a)垂直形成，光波导(4)的端面(18)相对垂直于光轴(1a)的面倾斜形成。光纤(2)的芯(8)的折射率不同于光波导(4)的芯(14)的折射率，在光纤(2)的端面(12)与光波导(4)的端面(18)之间的间隙30里填充具有与光纤(2)的芯(8)的折射率大致相同的折射率的填充剂(32)。

Description

光学元件耦合结构体

技术领域

本发明涉及光学元件耦合结构体，更详细地说，本发明涉及使光纤与光波导耦合的光学元件耦合结构体。

背景技术

一直以来，将一条或多条光纤的前端部固定在基板上作为光纤阵列并将光纤阵列和光波导耦合在一起的光学元件耦合结构已为人所知(例如参照专利文献1-特开2002-107564号公报(第一图)以及专利文献2-特开2001-281479号公报(第0017段落以及图1))。在专利文献1及2里所公开的方式的光学元件耦合结构体中，相互面对的光纤阵列的端面即光纤的端面和光波导的端面相对光轴大致垂直。在为这种方式的情况下，被输送的光在光纤的端面以及在光波导的端面反射而产生沿入射方向逆向返回的返回光，存在例如对共振发光的激光光源带来不良影响的问题。为了解决这一问题，通过将相互面对的光纤的端面以及光波导的端面设置成相对光轴倾斜以降低返回光方式的光学元件耦合结构体已为人所知。后一方式的光学元件耦合结构体是目前在许多光学元件耦合结构体上采用的方式。

参照图8说明后一方式的光学元件耦合结构体的一个例子。图8是光学元件耦合结构体的剖视图。如图8所示，光学元件耦合结构体50具有：顺着光轴50a延伸到光纤端面56的光纤阵列52以及与光纤52一起沿光轴50a的方向排列并具有面向光纤端面56的光波导端面58的光波导54。光纤端面56以及上述光波导端面58相对光轴50a倾斜形成而且相互面对。光纤端面56和光波导端面58之间填充透明树脂使光纤阵列52与光波导54耦合。为防止光纤阵列52和光波导54之间的光轴偏移，透明树脂60由不易变形的材料即具有较大弹性模量的材料形成。

例如，从光纤阵列52一侧传输到光波导54的光，虽然在相对光轴50a倾斜的光纤端面56反射，但该反射光相对光轴50a斜向反射，因此，不易形成沿光轴50a逆向返回的返回光。其结果，减轻在光纤端面56上的返回光。同样，在光波导端面58，传输光相对光轴50a斜向反射，其结果，减轻在光波导端面58上的返回光。

如上所述，光纤端面56和光波导端面58均相对光轴50a倾斜的光学元件耦合结构体50，具有能够在这些端面56、58减轻返回光的优点，但这种光学元件耦合结构体50存在制造成本高的问题。

详细地说，由于光波导54的制造成本和光纤阵列52的制造成本大致相同，因此，在由一个光波导54以及在其入口或出口耦合的两个光纤阵列52组成的普通光学元件耦合结构体50的情况下，其制造成本大约为光波导54的制造成本的3倍。

还有，按规定的角度倾斜地加工或切断光纤或光纤阵列52，以及将端面倾斜地加工了的光纤或光纤阵列52与倾斜形成端面的光波导54以超微精度对位是明显消耗时间与劳力的，因而作为实际问题，目前对光纤或光纤阵列52以及光波导54的端面进行倾斜加工以及进行排列的专用机是必要的。该专用机的价格为光波导54的制造成本的2000～10000倍以上，而且专用机的价格分担额部分也补加在光学元件耦合结构体50的制造成本上。

再有，连接了光纤与光波导的光学元件耦合结构体，经常作为配置在室外的光学互联网网络线的光耦合器或光分离器使用，因此，需要做到即使周围温度即光学元件耦合结构体的温度变化也能够充分减轻返回光。

发明内容

对此，本发明以提供在减轻光纤端面和光波导端面上的返回光的同时，能够以低成本制造并将光纤和光波导耦合起来的光学元件耦合结构体，作为其目的。

再有，本发明以提供即使温度变化也能够确保减轻在光纤端面和光波导端面上的返回光，而且能够以低成本制造并将光纤和光波导耦合起来的光学元件耦合结构体，作为其目的。

解决课题的方案

为了达到上述目的，本发明的光学元件耦合结构体是耦合了光纤和光波导的光学元件耦合结构体，其特征在于，具备：具有沿光轴延伸的光纤芯并沿光轴方向延伸到光纤端面的光纤；具有与光纤芯一起沿光轴方向排列的光波导芯和面向光纤端面的光波导端面的光波导；以及，顺着光纤及光波导沿光轴方向延伸、具有支撑且粘合光纤的支撑面并与光波导构成一体的基板，支撑面形成为在使光纤与其接触时，使上述光纤与上述光波导沿光轴方向排列，光波导芯的折射率不同于光纤芯的折射率，光纤端面相对光轴大致垂直形成，光波导端面相对垂直于光轴的面倾斜形成，在光纤端面与光波导端面之间设置有间隙，在间隙里填充具有与光纤芯的折射率大致相同折射率的调节剂即填充剂。

在如此构成的光学元件结构体中，例如：光从光纤通过填充剂传输到光波导。由于光纤芯的折射率与填充剂的折射率大体相同，因而在光纤端面，传输光不被反射而照原样通过，因而，在光纤端面不发生返回光，而且由于光波导面相对垂直于光轴的面倾斜，因而在光波导端面反射的光相对光轴斜向反射，因此，不易成为沿光轴逆向返回的返回光。其结果，能够减轻在光纤端面上的返回光。光从光波导通过填充剂传输到光波导时，其结果也是一样的。

在本发明的光学元件耦合结构体中，通过利用常用的光纤用切割刀进行加工或切断光纤的前端可形成相对光轴大致垂直的光纤端面。进而，如用基板的支承面支承这种具有光纤端面的光纤则光纤与光波导自动对位。因此，与以往方式的光学元件耦合结构体相比，光纤阵列的制造成本以及上述专用机的成本缩减。另外，通过采用具有与光纤芯的折射率大致相同折射率的填充剂来减轻使光纤端面垂直于光轴而导致的对反射衰减率的不良影响。其结果，在减轻光纤端面以及光波导端面上的返回光的同时，能够以低成本制造光学元件耦合结构体。

在本发明的实施方式中，理想的是，光纤由石英构成，当温度在-40℃～+85℃之间变化时，填充剂的折射率在1.428～1.486的范围内。

在如此构成的光学元件耦合结构体中，即使温度在-40℃～+85℃之间变化，也能够在其整个区域范围内使光纤端面上的反射衰减率维持在-40dB或其以下的值。其结果，即使温度变化也能够确保减轻在光纤端面和光波导端面上的返回光，而且能够以低成本制造光学元件耦合结构体。

再有，填充剂的折射率的值为使填充剂硬化后的值。

还有，在本发明的实施方式中，更为理想的是，当温度在-40℃～+85℃之间变化时，填充剂的折射率在1.441～1.473的范围内；再进一步理想的是，在1.448～1.466的范围内。

在填充剂的折射率在1.441～1.473的范围内的实施方式中，即使温度在-40℃～+85℃之间变化，也能够在其整个区域范围内使光纤端面上的反射衰减率维持在-45dB或其以下。另外，在填充剂的折射率在1.448～1.473范围内的实施方式中，即使温度在-40℃～+85℃之间变化，也能够在其整个区域范围内使光纤端面上的反射衰减率维持在-50dB或其以下。

还有，在本发明的实施方式中，理想的是，光纤被具有足以防止其与上述光波导之间的排列偏移的弹性模量的粘接剂粘合在上述基板的支撑面上。

在如此构成的实施方式中，由于利用粘接剂防止光纤与光波导之间的排列偏移，因此在选择填充剂时，使用任意树脂，例如：单独使用时，有可能在光纤与光波导之间产生排列偏差或有可能从光纤以及/或光波导发生剥离的树脂，可减轻在光纤端面上的反射衰减率。

还有，在本发明的实施方式中，理想的是，填充剂在+25℃时的折射率为1.465或其以下。

还有，在本发明的实施方式中，光纤芯由石英构成，填充剂，其线膨胀系数为80ppm/℃或其以下、在+25℃时的折射率在1.452～1.461的范围内；另外，在本发明的另一个实施方式中，理想的是，光纤芯由石英构成，填充剂，其线膨胀系数为60ppm/℃或其以下、在+25℃时的折射率在1.450～1.463的范围内；在本发明的另一个实施方式中，理想的是，光纤芯由石英构成，填充剂，其线膨胀系数为40ppm/℃或其以下、在+25℃时的折射率在1.449～1.466的范围内。

在这三种实施方式中，无论在哪一种情况下，即使温度在-40℃～+85℃之间变化，也能够使光纤端面上的反射衰减率维持在大约-47dB或其以下。

再有，填充剂的折射率的值为使填充剂硬化后的值。

还有，在上述三种实施方式中，理想的是，光纤被具有足以防止其与上述光波导之间的排列偏移的弹性模量的粘接剂粘合在上述基板的支撑面上。

在如此构成的实施方式中，由于利用粘接剂防止光纤与光波导之间的排列偏移，因此在选择填充剂时，使用任意树脂，例如：单独使用时，有可能在光纤与光波导之间产生排列偏差或有可能从光纤以及/或光波导发生剥离的树脂，可减轻在光纤端面上的反射衰减率。

在本发明的实施方式中，理想的是，光波导还具有配置在上述光波导芯周围的光波导包层，光波导端面相对垂直于光轴的面的倾斜角度为对于上述光波导芯以及上述光波导包层的全反射角的1/2或其以上。

在如此构成的光学元件耦合结构体中，在光波导端面，例如：光从光纤一侧进入光波导时，光不会在光波导端面被反射而传回到光纤一侧。因而能够切实地减轻在光波导上的返回光。这种情况在光从光波导进入光纤一侧时，其结果也是一样的。

在本发明的实施方式中，理想的是，上述光波导端面相对垂直于上述光轴的面的倾斜角度为4～16度。

在如此构成的光学元件耦合结构体中，能够使在光波导端面上的反射衰减率降低到大约-40dB或其以下。

在本发明的实施方式中，理想的是，具有一个光波导以及配置在其光轴方向两侧的两个述光纤，且通过光波导从一侧光纤向另一侧光纤进入的光的反射衰减率为-40dB或其以下。

在如此构成的光学元件耦合结构体中，减轻在光分离器或光耦合器上的返回光的同时，能够以低成本制造它们。

本发明具有如下效果

如上述说明，根据本发明能够提供减轻在光纤端面和光波导端面上的返回光的同时，能够以低成本制造它们并将光纤和光波导耦合起来的光学元件耦合结构体。

还有，根据本发明，能够提供即使温度变化也能够确保减轻在光纤端面和光波导端面上的返回光，而且能够以低成本制造、使光纤和光波导耦合的光学元件耦合结构体。

具体实施方式

下面参照附图详细说明本发明的光学元件耦合结构体的实施方式。图1是将本发明实施方式的光纤以及光波导的光纤元件耦合结构体，部分切开的正视图；图2是图1的沿2-2线切开的剖视图。另外，图3是表示光纤端面以及光波导端面与光轴之间的关系的图。

再有，本说明书中表示的粘接剂或填充剂的折射率、线膨胀系数以及弹性模量都是粘接剂或填充剂硬化后的值。

如图1以及图2所示，光学元件耦合结构体1，具有：沿光轴1a方向延伸到光纤端面的光纤2；与该光纤2一起沿光轴方向排列的光波导4；以及顺着光纤2以及光波导4沿光轴1a方向延伸的基板6。

光纤2具有配置于光波导4的上游侧即入口侧的入口侧光纤2a和配置于光波导4的下游侧即出口侧的出口侧光纤2b。入口侧光纤2a、出口侧光纤2b以及光波导4配置成使从入口侧光纤2a的内部传过来的光通过光波导4传到出口侧光纤2b上。入口侧光纤2a以及出口侧光纤2b可以是一条，横向设置多条亦可。例如：入口侧光纤2a为一条、出口侧光纤2b为多条，则光学元件耦合结构体起光分离器发挥的作用；而入口侧光纤2a为多条、出口侧光纤2b为一条，则光学元件耦合结构体起光耦合器发挥的作用。由于光学元件耦合结构体1的入口侧的结构与出口侧的结构相同，所以，下面只对入口侧的结构进行说明，省略出口侧的结构说明。

光纤2a具有沿光轴1a延伸的光线芯8、配置于其周围的光纤包层10以及光波导4侧的端面即光纤端面12。光纤端面12相对光轴1a大致垂直形成。具体如图3所示那样，在包含光轴1a的上下方向平面中，将光轴1a和光纤端面12的交点作为中心时，从光轴1a到光纤端面12的角度α理想的是，85～95度；更为理想的是，85～92度；更进一步理想的是，88～92度。光纤2a的直径，例如为125μm；光线芯8，例如由石英构成。

光波导4，具备：与光纤芯8一起沿光轴1a方向排列的光波导芯14；配置于这一光波导芯14周围的光波导包层16；以及面向光纤端面12的端面即光波导端面18。光波导芯14的折射率与光纤芯8的折射率相异为宜，而相同亦无妨。光波导端面18，如下面详细说明那样相对光轴1a是倾斜形成的，光波导端面18，沿着越朝下方越接近光纤2a的方向倾斜。

基板6，具备：沿光轴方向延伸的基座部20；从基座部20朝着光波导4向上方延伸，并且在上面与光波导4形成一体的波导部22；以及为支撑光纤2，从基座部20朝着光纤2向上方延伸并且与波导部22之间设置有间隔的光纤部24。波导部22具有与波导端面18连接并面向光纤部24的波导侧壁面22a，光纤部24具有面向波导部22的光纤侧壁面24a。凹部26由波导侧壁面22a、光纤侧壁面24a以及与位于它们之间的基座部20的上面20a构成。在本实施方式中，波导侧壁面22a配合波导端面18的倾斜角度向下方延伸，上面20a与波导侧壁面22a垂直形成，光纤侧壁面24a与波导侧壁面平行形成，而凹部的形状是任意的。例如：波导侧壁面22a或光纤侧壁面24a相对光轴1a垂直延伸着也可以，上面20a沿与光轴1a相同的方向延伸亦可。

光纤部24具有支撑并粘合光纤2的支撑面24b。支撑面24b做成在使光纤2与其接触时，使光纤2和光导波4沿光轴1a排列。在本实施方式中，在光纤部24的上面24c上，形成有沿光轴1a延伸并且向上开放的、具有V字形断面的槽28。该槽28形成为，在将已知外径的光纤2与两个槽面即支撑面24b接触时，使光纤2与光波导4以高精度对位。但支撑面24b的形状不局限于此，是任意的。

光纤2，配置于支撑面24b之上，使光纤端面12向凹部26突出，并由粘接剂粘合。由此，光纤2和光波导4平行排列。在相对光轴1a垂直的光纤端面12与相对光轴倾斜的光波导端面18之间，形成有间隙30。光纤端面12和光波导端面18尽量靠近为宜，而实际上为了方便光纤2的自动组装，光纤端面12离光波导最近的部分和光波导端面18之间，产生有大约10～20μm的间隙。

用于将光纤2粘合在支撑面24b上的粘接剂，为防止光纤2与光波导4之间的排列偏移虽然应具行充分大的弹性模量，但是，弹性模量过大的粘接剂随应力从光纤2以及/或光波导4容易剥落，因而不理想。具体来讲，粘接剂的弹性模量在2.0～3.0GPa为宜。粘接剂，例如为：协立化学制紫外线硬化型环氧系树脂「WR8774」(弹性模量：2.5Gpa)

在凹部26及间隙中，填充有填充剂32。填充剂32，由于其上通过从光纤2传输到光波导4的光，因此，对于光必须要透明。另外，填充剂的折射率，以具有与光纤芯8的折射率大致相同的折射率为宜。

参照图4及表1说明填充剂32的理想的折射率。图4及表1分别表示光纤芯8为石英(折射率为1.457)时的填充剂32与反射衰减率之间的关系。反射衰减率是用分贝单位来表示当光从光纤2进入到与其相邻接的填充剂32时，或光从填充剂32进入到光纤2时，被光纤2与填充剂32之间的分界面即光纤端面12反射的光的能量(Pr)相对于入射光的能量(Pi)的比率(10log₁₀(Pr/Pi))。反射衰减率的值越小，即越是在负方向，意味着在光纤端面12上的返回光越减轻。

表1

反射衰减率	填充剂的折射率
		-40dB或其以下	1.428～1.486
-41dB或其以下	1.431～1.483
		-42dB或其以下	1.434～1.480
-43dB或其以下	1.437～1.478
		-44dB或其以下	1.439～1.476
-45dB或其以下	1.441～1.473
		-46dB或其以下	1.442～1.472
-47dB或其以下	1.444～1.470
		-48dB或其以下	1.445～1.469
-49dB或其以下	1.447～1.467
		-50dB或其以下	1.448～1.466

为了减轻返回光，反射衰减率最好为一般要求的-40dB或其以下，进一步来讲，其值越小越理想，而满足更严要求即反射衰减率为-50dB或其以下，则是更理想的。如表1以及图4所示，例如，为了大致满足反射衰减率为-40dB或其以下，以1.428～1.486为宜；为大致满足更严要求即反射衰减率为-50dB以下，以1.448～1.466更好。如果以填充剂32的折射率对于石英的折射率1.457的比率换算，该比率为了大致满足反射衰减率为-40dB或其以下，以0.98～1.02为宜；为大致满足更严要求即反射衰减率为-50dB或其以下，以0.994～1.006为宜。进一步而言，即使温度在-40℃～+85℃之间变化，填充剂32的折射率在对应所期望反射衰减率的、表1的折射率的范围内为宜。所期望的反射衰减率越小越好。例如：为了大致满足反射衰减率为-50dB或其以下，即使温度在-40℃～+85℃之间变化，填充剂32的折射率在1.448～1.466的范围内为宜。

还有，图5是表示在各填充剂32的线膨胀系数下光纤芯8为石英(折射率为1.457)时的、温度为+25℃时的填充剂32的折射率与温度在-40℃～+85℃范围内变化时填充剂32的反射衰减率的最高值(正方向最大值即返回光最不被减轻时的反射衰减率)的关系的图。从图5中可知，即使是在+25℃时的折射率相同的填充剂，一旦线膨胀系数增大，则温度在-40℃～+85℃的范围内变化时，反射衰减率的最高值沿正方向变化。

再有，图4利用以下式(1)及式(2)可求得。

dn/dt＝-3a×(n₂₅-1)......式(1)

R＝-10×log₁₀{(n-1.457)²/(n+1.457)²}......式(2)

这里，n表示在规定温度上的填充剂的折射率；n₂₅表示在+25℃时的填充剂的折射率；a表示填充剂的线膨胀系数；R表示反射衰减率；t表示温度。

如图5中用粗线A围起来的范围所示那样，填充剂32，其线膨胀系数为80ppm/℃或其以下、在+25℃时的折射率在1.452～1.461的范围内为宜；或如图5中用粗线B围起来的范围所示那样，填充剂32，其线膨胀系数为60ppm/℃或其以下、在+25℃时的折射率在1.450～1.463的范围内为宜；或如图5中用粗线C围起来的范围所示那样，填充剂32，其线膨胀系数为40ppm/℃或其以下、在+25℃时的折射率在1.449～1.466的范围内为宜。

还有，在+25℃时的折射率在1.465或其以下为宜。

填充剂32以光硬化型、热硬化型、室温硬化型或阳离子硬化型的丙烯酸类树脂、环氧类树脂或是硅酮类树脂为宜。作为这些树脂的例子，有「光电子材料的开发与应用技术」(2001年2月9日株式会社技术情报协会发行)第90页的表1所记载的氟化环氧化合物以及同文献第91页的表2记载的氟化环氧丙烯酸化合物、特开2004-196977记载的阳离子硬化型硅酮树脂等。

更具体地讲，作为环氧类树脂，以下面的化学式表示的、以氟化环氧化合物作为主成分的树脂为宜，

[化学式1]

(式1)

尤其Rf为

[化学式2]

(式2)

或

[化学式3]

(式3)

且n为0.1～1.0为宜。

作为丙烯酸树脂，以

[化学式4]

(式4)

表示的、以氟化环氧化合物作为主成分的树脂为宜，尤其，Rf为上述式(3)且n为0.1～1.0为宜。

作为填充剂32的市场销售品的具体例子，有在上述式(4)中，Rf以上述式(3)表示的、以氟化环氧化合物作为主成分的、DAIKIN(ダイキン)制紫外线硬化型丙烯酸类树脂「UV2000」(弹性模量：1.1Gpa，在+25℃时的波长1.55μm的折射率：1.462，线膨胀系数：31ppm/℃、粘度：360mPa·s)。该「UV2000」，如果单独配置在光纤2和光波导4之间，有时使光纤2和光波导4之间的排列发生偏移，因此，过去在这一方面用途上是未曾使用过的树脂。如图4所示，温度即使在-40℃～+85℃范围内变化，「UV2000」也能够维持比-50dB小的反射衰减率的值。

作为填充剂32的其他市场销售品的具体例子，有：在上述式(1)中，Rf以上述式(3)表示的、以氟化环氧化合物作为主成分的、DAIKIN(ダイキン)制紫外线硬化型环氧类树脂「UV2100」(弹性模量：2.4Gpa，在+25℃时的波长1.55μm的折射率：1.466，线膨胀系数：107ppm/℃、粘度：250mPa·s)；在上述式(1)中，Rf以上述式(2)表示的、以氟化环氧化合物作为主成分的、NTT-AT制紫外线硬化型环氧类树脂「GA700L」(弹性模量：0.4Gpa，在+25℃时的波长1.55μm的折射率：1.446，线膨胀系数：140ppm/℃、粘度：250mPa·s)；在上述式(1)中，Rf以上述式(2)表示的、以氟化环氧化合物作为主成分的、NTT-AT制紫外线硬化型环氧类树脂「GA700H」(弹性模量：1.0Gpa，在+25℃时的波长1.55μm的折射率：1.445，线膨胀系数：90ppm/℃、粘度：252mPa·s)以及协立化学制阳离子硬化型硅酮树脂「WR8962H」(弹性模量：5.0Gpa，在+25℃时的波长1.55μm的折射率：1.455，线膨胀系数：300ppm/℃、粘度：2800mPa·s)。「GA700L」与「GA700H」，如果单独配置在光纤2和光波导之间，有时使光纤2和光波导4之间的排列发生偏移，因此，过去在这一方面用途上是未曾使用过的树脂。并且，「WR8962H」，如果单独配置在光纤2和光波导之间，有时随应力出现剥离现象，因此，过去在这一方面用途上是未曾使用过的树脂。如图3所示的那样，这四种填充剂在+25℃时的反射衰减率均为-45dB或其以下，而且如图4所示的那样，当温度在-40℃～+85℃之间变化时，这四种填充剂，虽然不能维持-50dB或其以下的反射衰减率，但在「UV2100」的场合下，能够维持-44dB或其以下的反射衰减率；在「GA700L」的场合下，能够维持-41dB或其以下的反射衰减率；在「GA700H」的场合下，能够维持-43dB或其以下的反射衰减率；在「WR8962H」的场合下，能够维持-40dB或其以下的反射衰减率。

其次，结合图3，针对光波导端面18的倾斜角度作详细说明。如图3所示，光波导端面18的倾斜角度β是在包含光轴1a的上下方向平面上将光轴1a和光波导端面18的交点作为中心时的、从垂直于光轴1a的面P到光波导端面12的角度。例如：当光从光纤2一侧进入到光波导4时，为防止光在光波导端面18反射而传回光纤2一侧，光波导18的倾斜角度β以相对光波导芯14(折射率为n1)以及光波导包层16(折射率为n2)的全反射角(cos^-1(n2/n1))的1/2或其以上为宜。例如：芯14的折射率为1.53、包层16的折射率为1.50时，倾斜角度β以5.7度或其以上为宜。这种情况在光从波导4进入到光纤2一侧时也适用。

另外，图6是表示光波导端面18的倾斜角度β与反射衰减率之间的关系的图。反射衰减率是，当光从光纤2一侧进入到光波导4时或从光波导4进入到光纤2一侧时，将从光波导端面18反射的光(Pr)对于入射光(Pi)的比率用分贝单位表示的指标(10log₁₀(Pr/Pi))。反射衰减率的值越小，意味着在光波导端面18上的返回光就越减轻。如图6所示，光波导端面18的倾斜角度β：为满足反射衰减率为-40dB或其以下的一般要求，以4～16度为宜；为满足反射衰减率为-50dB或其以下的更严要求，以6～16度为宜；而且考虑到光纤端面12和光波导端面18之间距离相近为宜，光波导端面18的倾斜角度为6～10度更为理想。

如上所述，光学元件耦合结构体1具有一个光波导4以及配置于其两侧的两个光纤2a、2b，是例如光波导型光分离器或光耦合器。从一方光纤2a通过光波导4向另一方光纤进入的光在光学元件耦合结构体1的整个范围内的反射衰减率，理想的是，比-40dB小，更为理想的是，比-50dB还要小。

其次，说明根据本发明实施方式的光学元件耦合结构体的作用。通过入口侧光纤2的内部传输而来的光，由于光纤芯8的折射率和填充剂32的折射率大致相同，因而在入口侧光纤2a的光纤端面不被反射而照样通过，其结果，在光纤端面12不发生返回光。接着，通过填充剂32的内部传输而来的光在光波导端面18被反射。由于光波导端面相对与光轴垂直的面倾斜，因而光相对光轴1a被斜向反射。由于该反射光相对光轴1a斜向偏离，因此，不易形成沿光轴1a逆向回去的返回光。其结果，在光波导端面18上的返回光明显减轻。接着，通过光波导4内部传输而来的光在出口侧光纤2b的光波导端面18被反射。该反射光也由于相对与光轴1a垂直的面斜向偏离，因此，不易形成沿光轴1a逆向回去的返回光。其结果，在光波导端面18上的返回光明显减轻。接着，通过出口侧光纤2b侧的填充剂32内部传输而来的光，由于出口侧光纤2b的光纤芯8的折射率与填充剂的折射率大致相同，因此在出口侧光纤2b的光纤端面12不被反射而照样通过。其结果，在光纤端面12不发生返回光。

下面说明本发明实施方式的光学元件耦合结构体1制造方法的一个例子。准备由硅酮、高分子材料做成的基板6，并按照由光刻术作成的抗蚀图形，施以各向异性蚀刻而制作V字型断面的槽28。接着，在形成有V字型断面的槽28的基板6上形成光波导4。若详细说明，当以高分子材料形成光波导4时，通过旋转涂敷以及铸型等形成包层16及在其上的芯层后，施以光刻术、反应性离子蚀刻等工艺加工或阴模压制等机械加工，从芯层形成矩形截面的光波导芯14。进一步根据与上述同样的方法，能够覆盖光波导芯14地形成包层16而形成光波导4。还有，当以石英形成光波导4时，通过火焰堆积法或CVD法等在基板6的上面形成石英层，并通过干蚀刻等工艺加工形成矩形石英芯以后，能够覆盖芯14地形成包层16而形成光波导4。V字型断面的槽28的形成工序以及光波导4的形成工序在实行中做到：在将光线2载置于槽28的支撑面24b时，能够得到使光纤2和光波导4以超微精度可对位的支撑面24b和光波导4之间的位置关系。接着，通过切块加工等形成光波导端面18以及凹部26。采用如本实施方式中的凹部26的结构，光波导端面18以及凹部26能同时加工。使光纤端面12突出于凹部26地将光纤2配置在支撑面24b并利用粘接剂将光纤2粘接在支撑面上。由此，光纤2与光波导4平行排列。接着，将填充剂32填充到光纤端面12与光波导4端面18之间的间隙30以及凹部26里，由此，使光纤2和光波导4耦合。

其次，说明填充剂以及粘接剂的折射率、线膨胀系数、弹性模量的测定方法。

首先说明填充剂等的折射率的测定方法。关于折射率，利用Metricon(メトリコン)社制造的「Model 2010 Prism Coupler」(モデル2010プリズムカプラ)测定了硅片上的膜状填充剂等的折射率。具体来讲，将规定膜厚的填充剂等按旋涂层法等形成在硅片上后，利用紫外线使其硬化。规定的膜厚是使硬化后的填充剂等的膜厚为0.5～15μm，而实际厚度为1～5μm。所使用的紫外线，波长为365nm、强度为100mW。照射量，在测定DAIKIN(ダイキン)制紫外线硬化型环氧类树脂「UV2100」、DAIKIN(ダイキン)制紫外线硬化型丙烯酸类树脂「UV200」以及NTT-AT制紫外线硬化型环氧类树脂「GA700H」时，设定为20J/cm²；在测定NTT-AT制紫外线硬化型环氧类树脂「GA700L」、协立化学制阳离子硬化型硅酮树脂「WR8962H」时，设定为5J/cm²。接着，利用上述测定装置测定硬化了的膜状的填充剂的折射率。此测定装置是，利用将具有光折射率的棱镜隔着薄空气层靠近填充剂等膜并通过调节入射棱镜的光束的角度使光束在膜内激励的原理，测定折射率的装置。

其次，说明填充剂等的线膨胀系数的测定方法。线膨胀系数是利用TMA(热机械分析)法测定的。测定条件是5℃/分的拉伸方式。使温度从20℃变化到100℃，记录了25℃时的测定值。

其次，说明填充剂等的弹性模量的测定方法。弹性模量是根据JIS-K7127「塑料薄膜及薄片的拉伸试验方法」测定的。

以下说明关于上面所述的实施方式的实施例。基板6使用了单晶体且各向异性蚀刻容易的硅酮。在基板6上用氟化聚酰亚胺(日立立化成制OPI)形成了光波导4。测定结果，光波导芯14的折射率为1.53，光波导包层16的折射率为1.52。于是，光波导的全反射角的1/2为3.28度。而且，将切块加工的加工精度估算为±2度，将光波导端面18的倾斜角度γ通过切块加工，加工成6度。光纤是用石英制作的。因此，1.31μm波长的折射率为1.468。作为填充剂32，对DAIKIN(ダイキン)制紫外线硬化型丙烯酸类树脂「UV2000」、DAIKIN(ダイキン)制紫外线硬化型环氧类树脂「UV2100」、NTT-AT制紫外线硬化型环氧类树脂「GA700L」、NTT-AT制紫外线硬化型环氧类树脂「GA700H」以及协立化学制阳离子硬化型硅酮树脂「WR8962H」进行了实验。表2表示这些填充剂32在-40℃、-15℃、+25℃、+55℃以及+85℃时的反射衰减率的实验值。另外，图7是表示将温度从-40℃变化到+85℃时，这些填充剂32的反射衰减率的实验值与利用式(1)以及式(2)计算的计算值的图。在反射衰减率测定中，使用了安藤电气株式会社制AQ2140-AQ7310设备。

表2

填充剂	反射衰减率(dB)
						-40℃	-15℃	+25℃	+55℃	+85℃
	UV2000	-59.8	-58.2	-55.5	-52.5						-51.5
UV2100						-64.5	-58.5	-49.4	-46.0	-43.3
	GA700L	-41.0	-43.0	-47.5	-53.2						-64.8
GA700H						-42.8	-44.5	-46.6	-49.5	-54.7
	WR8962H	-40.1	-43.5	-62.8	-48.7						-41.7

上面介绍了根据本发明的光纤以及光波导的光学元件耦合结构体，而本发明并非限定于此，在本发明的技术范围内是可多种多样变更的。不言而喻，那些也包含在本发明的范围内。

本实施方式中所采用的材料是例示，而只要能满足本发明的必要条件，就能使用任意材料。

附图说明

图1是将本发明的实施方式的光学元件耦合结构体部分切开的正视图。

图2是沿图1的2-2线切开的剖视图。

图3是表示光纤端面以及光波导端面与光轴之间的关系的图。

图4是表示在光纤芯为石英时的填充剂的折射率与反射衰减率之间的关系的图。

图5是表示在各填充剂的线膨胀系数下光纤芯为石英时的、温度为+25℃时的填充剂的折射率与温度在-40℃～+85℃范围内变化时填充剂的反射衰减率的最高值的关系的图。

图6是表示光波导端面的倾斜角度与反射衰减率的关系的图。

图7是表示温度在-40℃～+85℃范围内变化时的填充剂的反射衰减率的实验值与计算值的图。

图8是表示现有技术的光学元件耦合结构体的正面剖视图。

Claims (13)

1.一种光学元件耦合结构体，使光纤和光波导耦合，其特征在于，具备：

具有沿光轴延伸的光纤芯并沿光轴方向延伸到光纤端面的光纤；

具有与光纤芯一起沿光轴方向排列的光波导芯、面向上述光纤端面的光波导端面的光波导；以及，

沿上述光纤及上述光波导向光轴方向延伸，具有支撑、粘合上述光纤的支撑面，且与上述光波导构成一体的基板，

上述支撑面形成为在使上述光纤与其接触时，使上述光纤与上述光波导沿光轴方向排列，

上述光波导芯的折射率不同于上述光纤芯的折射率，

上述光纤端面相对上述光轴大致垂直形成，上述光波导端面相对垂直于上述光轴的面倾斜形成，在上述光纤端面与上述光波导端面之间设置有间隙，

在上述间隙里填充具有与光纤芯的折射率大致相同的折射率的填充剂。

2.根据权利要求1所述的光学元件耦合结构体，其特征在于：

上述光纤芯由石英构成，当温度在-40℃～+85℃之间变化时，上述填充剂的折射率在1.428～1.486的范围内。

3.根据权利要求2所述的光学元件耦合结构体，其特征在于：

当温度在-40℃～+85℃之间变化时，上述填充剂的折射率在1.441～1.473的范围内。

4.根据权利要求3所述的光学元件耦合结构体，其特征在于：

当温度在-40℃～+85℃之间变化时，上述填充剂的折射率在1.448～1.466的范围内。

5.根据权利要求2～4中任意一项所述的光学元件耦合结构体，其特征在于：

上述光纤被具有足以防止其与上述光波导之间的排列偏移的弹性模量的粘接剂粘合在上述基板的支撑面上。

6.根据权利要求2～5中任意一项所述的光学元件耦合结构体，其特征在于：

上述填充剂在+25℃时的折射率为1.465或其以下。

7.根据权利要求1所述的光学元件耦合结构体，其特征在于：

上述光纤芯由石英构成，上述填充剂的线膨胀系数为80ppm/℃或其以下、在+25℃时的折射率在1.452～1.461的范围内。

8.根据权利要求1所述的光学元件耦合结构体，其特征在于：

上述光纤芯由石英构成，上述填充剂的线膨胀系数为60ppm/℃或其以下、在+25℃时的折射率在1.450～1.463的范围内。

9.根据权利要求1所述的光学元件耦合结构体，其特征在于：

上述光纤芯由石英构成，上述填充剂的线膨胀系数为40ppm/℃或其以下、在+25℃时的折射率在1.449～1.466的范围内。

10.根据权利要求7～9中任意一项所述的光学元件耦合结构体，其特征在于：

上述光纤被具有足以防止其与上述光波导之间的排列偏移的弹性模量的粘接剂粘合在上述基板的支撑面上。

11.根据权利要求1～10中任意一项所述的光学元件耦合结构体，其特征在于：

上述光波导还具有配置在上述光波导芯周围的光波导包层，上述光波导端面相对垂直于上述光轴的面的倾斜角度为相对于上述光波导芯以及上述光波导包层的全反射角的1/2或其以上。

12.根据权利要求1～10中任意一项所述的光学元件耦合结构体，其特征在于：

上述光波导端面相对垂直于上述光轴的面的倾斜角度为4～16度。

13.根据权利要求1～10中任意一项所述的光学元件耦合结构体，其特征在于：

具有一个上述光波导以及配置在其光轴方向两侧的两个上述光纤，且通过光波导从一个上述光纤向另一个上述光纤进入的光的反射衰减率为-40dB或其以下。

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