JP2000180657A - 光導波路用ｖ溝付基板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 石英基板に形成された光導波路のコアのピッ
チ間隔と等しくかつ一定間隔のＶ溝を形成し、光導波路
のコア端面と光ファイバのコア端面とをそれらのズレが
±５μｍ以下で接続でき、低損失で信頼性の高い光回路
を作製できる光導波路用Ｖ溝付基板及びその製造方法を
提供する。 【解決手段】 光導波路２０のコア端面と光ファイバ１
３とを接続すべくその光ファイバ１３を支持するＶ溝１
０が形成された光導波路用Ｖ溝付基板及びその製造方法
において、光導波路２０の入出力端に予め延長領域を形
成し、その延長領域を切り出してＶ溝用の基板本体１
ｋ，３ｋとし、その基板本体１ｋ，３ｋに形成されたコ
ア４に沿ってＶ溝１０を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバ通信に
用いられる光導波路型の光デバイスと光ファイバとを接
続するための光導波路用Ｖ溝付基板及びその製造方法に
係り、特に光導波路のコア端面と光ファイバのコア端面
とのズレを小さくして突き合わせることのできる光導波
路用Ｖ溝付基板及びその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光を使った通信システムの普及に伴い、
より低損失で信頼性の高い光部品の開発が進められてい
る。

【０００３】特に石英系材料を用いた光導波路型の光部
品は、その低損失性に加え、複雑な回路を平面基板上に
一括して形成できる可能性があることから、最も注目を
集めている。

【０００４】これら石英系光導波路型光部品は、Ｓｉ基
板や、バッファ層（下側クラッド層）と呼ばれる低屈折
率層を有したＳｉ基板や、石英の基板上に、屈折率の高
いコアと呼ばれる光の伝搬領域を形成し、そのコアをさ
らに低屈折率のクラッド層（上側クラッド層）で覆った
構造を採るのが一般的である。

【０００５】このコア層及びクラッド層を形成する方法
としては、火炎堆積法（Flame Hydrolysis Deposition
：ＦＨＤ法）が用いられている。

【０００６】クラッド層を形成する場合の火炎堆積法を
概念的に説明すると、この火炎堆積法は、キャリヤーガ
スＡｒと共に原料ガスＳｉＣｌ₄ 、ＰＣｌ₃ ガス、及び
ＢＣｌ₃ ガスを酸水素バーナ中に導入しそれら原料ガス
を分解・反応させ、ガラス微粒子として基板上に堆積す
る方法である。

【０００７】そして、ガラス微粒子の堆積後、透明なガ
ラス膜とするためにガラス微粒子が堆積された基板ごと
１３００〜１３５０℃に昇温した焼結炉中で焼結する。

【０００８】このように、ＦＨＤ法は主にクラッド層を
作製するために用いられるが、クラッド層の屈折率はＢ
（ホウ素）とＰ（リン）のドープ量を制御することによ
り、石英ベースの屈折率１．４５８に一致されている。

【０００９】その後、焼結によりガラス微粒子が溶解し
てできた膜（以下ではＦＨＤクラッド膜と略する。）及
びコアを含めた光導波路の光回路が形成された石英基板
を、所望の大きさにダイシングし、この石英基板の端面
を斜め研磨（斜め研磨とは、石英基板のコア形成面を表
にした時にコア端面をコアアレイと垂直方向に角度を付
けて研磨することである。）した後、光ファイバ接続工
程に入る。

【００１０】石英基板の光導波路に光ファイバを接続す
るに際しては、一般的には、石英基板に形成されたコア
同士のピッチ間隔に合せて基板本体にＶ字状に切り欠い
たＶ溝が形成されたＶ溝アレイブロックと呼ばれる光導
波路用Ｖ溝付基板を用い、この光導波路用Ｖ溝付基板の
Ｖ溝上に光ファイバを並べ、これらを接着剤により固定
して一体化し、石英基板の光導波路のコア端面と光ファ
イバ端面とを突き合わせ、これらを接着剤により固定し
て接続していた。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、クラッ
ド層を形成した後、１３００〜１３５０℃という高温下
でガラス微粒子を焼結する工程では、ガラス微粒子が溶
融・固化する際に、ＦＨＤクラッド膜と石英基板との間
に応力差が生じ、ＦＨＤクラッド膜が作製された石英基
板が凸状（コア形成面を表とする。）に反った状態とな
ってしまう。

【００１２】このため、石英基板の光導波路に光ファイ
バを接続する時、石英基板のコアのピッチ間隔と光導波
路用Ｖ溝付基板のＶ溝のピッチ間隔との間にズレが生じ
ていた。すなわち、光導波路用Ｖ溝付基板のＶ溝のピッ
チ間隔は２５５μｍと一定であるのに対し、石英基板上
のコアのピッチ間隔は、反りによって最大で２５５±５
μｍに変化するために、一定でなくなっていた。

【００１３】そして、それによって、石英基板内のコア
と光導波路用Ｖ溝付基板の光ファイバコアとが最大で５
μｍズレて接続されてしまい、光回路に接続損失が大き
く（約９．０ｄＢ）なる部分が生じていた。

【００１４】そこで、本発明の目的は、石英基板に形成
された光導波路のコアのピッチ間隔と等しくかつ一定間
隔のＶ溝を形成し、光導波路のコア端面と光ファイバの
コア端面とをそれらのズレが±５μｍ以下で接続でき、
低損失で信頼性の高い光回路を作製できる光導波路用Ｖ
溝付基板及びその製造方法を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に請求項１の発明は、光導波路のコア端面と光ファイバ
とを接続すべくその光ファイバを支持するＶ溝が形成さ
れた光導波路用Ｖ溝付基板において、光導波路の入出力
端に予め延長領域を形成し、その延長領域を切り出して
Ｖ溝用の基板本体とし、その基板本体に形成されたコア
に沿ってＶ溝を形成したものである。

【００１６】請求項２の発明は、光導波路のコア端面と
光ファイバとを接続すべくその光ファイバを支持するＶ
溝が形成された光導波路用Ｖ溝付基板の製造方法におい
て、光導波路の入出力端に予め延長領域を形成し、その
延長領域を切り出してＶ溝用の基板本体とし、その基板
本体に形成されたコアに沿ってＶ溝を形成する方法であ
る。

【００１７】請求項３の発明は、上記コアに沿ってダイ
ヤモンドブレードを走査してＶ溝を形成すると共に、そ
の走査する際、反った基板本体を平らにして行う方法で
ある。

【００１８】請求項４の発明は、上記走査する際、基板
本体の裏面を真空チャック板に吸着させて平らにする方
法である。

【００１９】請求項５の発明は、上記走査する際、基板
本体に、コア領域にスリットが形成された押圧マスク板
を載せて押圧して平らにする方法である。

【００２０】すなわち、本発明は、石英基板上の光回路
入出力端側に、コアの延長領域を形成し、その延長領域
を切り出したものをＶ溝用の基板本体として用いる。

【００２１】また、基板本体にＶ溝を形成する際、その
基板本体には大きな反りがあるので、そのままダイヤモ
ンドブレードでＶ溝を形成していくと、一定の深さのＶ
溝を形成することができない。そこで、この反りを伸ば
して平らにするために基板本体の１箇所以上の領域を真
空チャックするか、Ｖ溝作製ライン（コア領域）以外の
領域を押圧マスク板により押圧しながらＶ溝を形成す
る。

【００２２】上記構成によれば、光導波路のコアの延長
領域部分（基板本体）は、約８ｍｍとし、入力部側と出
力部側の２箇所に作製される。光導波路が形成された石
英基板をダイシングする際に、光回路部分とコアの延長
領域部分とを分離する。そのコアの延長領域部分をＶ溝
用の基板本体として用い、そのコア部分に１本以上のＶ
溝を形成する。つまり、コアの延長領域部分の上から、
そのコアに沿ってダイヤモンドブレードを走査すること
によりＶ溝を１本ずつ形成し、そのＶ溝を１本以上形成
したものを光導波路用Ｖ溝付基板とする。

【００２３】そして、光導波路用Ｖ溝付基板の全Ｖ溝に
光ファイバを、紫外線硬化樹脂により接着し紫外線照射
により固定した後、その光ファイバを接着した光導波路
用Ｖ溝付基板の光入出力端と光回路部分（光回路基板）
の光入出力端を斜めに研磨して両基板の端面を仕上げ
る。その後、光ファイバを接着した光導波路用Ｖ溝付基
板の入出力端と光回路部分の光入出力端を紫外線硬化剤
樹脂を用いてコア同士を接着し、紫外線照射により固定
する。

【００２４】

【発明の実施の形態】次に、本発明の好適一実施の形態
を添付図面に基づいて詳述する。

【００２５】図１に本発明にかかる光導波路用Ｖ溝付基
板の概略図を示す。

【００２６】図１に示すように、本発明にかかる光導波
路用Ｖ溝付基板１，３は、石英基板ｓに光導波路２０で
形成された１×１６のスターカプラ（光回路２１）が２
列設けられた光回路基板２の入力端側と出力端側の２箇
所に設けられており、それぞれの大きさが、長さ８ｍ
ｍ、幅１３ｍｍ、厚み１．１ｍｍで形成されている。

【００２７】この光導波路用Ｖ溝付基板１，３は、基板
本体１ｋ，３ｋに、光導波路２０のコア４の端面の間隔
に合せて、光ファイバ１３を支持するためのＶ溝１０が
形成されている。

【００２８】出力端側に設けられた光導波路用Ｖ溝付基
板１のＶ溝１０は、２列に設けられた１×１６スターカ
プラの出力端側コア端面の間隔（２５５μｍ）と等間隔
で３２本形成されている。また、Ｖ溝１０の深さは、３
２本のＶ溝１０の全てにおいて５０μｍと一定の深さに
形成されている。

【００２９】また、入力側に設けられた光導波路用Ｖ溝
付基板３のＶ溝１０は、光導波路２０の入力端側コア端
面の間隔と等間隔で２本形成されている。また、Ｖ溝１
０の深さは、出力端側のＶ溝１０と同様に、２本のＶ溝
１０ともに５０μｍと一定の深さに形成されている。

【００３０】次に、光導波路用Ｖ溝付基板の製造方法
を、図２と図３（ａ）、図３（ｂ）、図３（ｃ）を用い
て作用と共に説明する。

【００３１】図２は、光回路部分（光回路基板）とコア
の延長領域部分（光導波路用Ｖ溝付基板）とを分離した
後の様子を示した図であり、図３（ａ）、図３（ｂ）、
図３（ｃ）は、図２のＶ溝付基板作製用の基板本体を平
らな板材（表面粗さ±３μｍ以下）の上に載せて、複数
箇所を真空チャック装置により吸着させる様子を示した
図である。

【００３２】まず、Ｖ溝付基板作製用の基板本体を製造
するに際しては、予め延長領域を形成した石英基板上
に、火炎堆積法により、キャリヤーガスＡｒと共にＳｉ
Ｃｌ₄とＰＣｌ₃ ガスとＢＣｌ₃ ガスを酸水素バーナ中
に導入しそれら原料ガスを分解・反応させ、ガラス微粒
子として堆積する。尚、クラッド層の屈折率は、Ｂ（ホ
ウ素）とＰ（リン）のドープ量を制御することにより、
石英ベースの例えば１．４５８に一致される。

【００３３】そして、この堆積層を透明なガラス膜とす
るために、このガラス微粒子が堆積された石英基板ごと
１３００〜１３５０℃に昇温した焼結炉中で焼結する。
これにより、コア層とクラッド層が形成される。

【００３４】そして、図２に示すように、このコア層及
びクラッド層からなる光導波路２０が形成された石英基
板ｓを光回路部分と延長領域部分とにダイシングし、光
回路基板２とＶ溝付基板作製用の基板本体１ｋ，３ｋを
作製する。

【００３５】このようにして作製されたＶ溝付基板作製
用の基板本体１ｋ，３ｋには、Ｖ溝作製ラインとなるコ
ア４が形成されており、そのダイシング面には各コア４
のコア端面５が形成されている。

【００３６】そして、この基板本体１ｋ，３ｋにＶ溝を
形成するに際しては、基板本体１ｋ，３ｋの反りを伸ば
して平らにするために、真空チャック装置を用いる。

【００３７】この真空チャック装置は、図３（ｂ）に示
すように、平らな板材（材質はＳｉＣあるいはＡｌ₂ Ｏ
₃ が良い。）６上の５箇所（基板本体が載置される中心
とその４隅の計５箇所としたが、それ以上であってもよ
い。）に、真空チャック用穴７が形成されており、この
真空チャック穴７には、真空ポンプ用チューブ８を介し
て真空ポンプ９が接続されたものである。

【００３８】この真空チャック装置により、図３（ａ）
に示す基板本体３ｋを、図３（ｂ）に示したように、平
らな板材６の上に載置した後、真空ポンプ９を駆動して
吸着させる。そして、図３（ｃ）に示すように、Ｖ溝作
製ラインとなる基板本体のコアの延長領域部分の上か
ら、そのコアに沿ってダイヤモンドブレード用軸１１を
回転してその歯１２を走査し、Ｖ溝１０を１本ずつ形成
して光導波路用Ｖ溝付基板を製造する。

【００３９】このようにして形成されるＶ溝１０は、光
回路基板２のコア４から延長された延長領域のコア上に
形成されるので、光回路２１のコア間隔と等間隔で形成
される。また、Ｖ溝１０は反りを伸ばして平らな状態で
形成されるので、一定の深さで形成できる。このため、
この光導波路用Ｖ溝付基板１，３を真空チャック装置か
ら取り外して光回路基板２と突き合わせると、光導波路
用Ｖ溝付基板１，３のＶ溝１０のピッチ間隔と光回路の
コア間隔が±０．５μｍ以下のズレで突き合わせること
ができる。

【００４０】このように、それぞれのコア間隔が±０．
５μｍ以下のズレで突き合わせることができる理由は、
Ｖ溝１０の加工精度と光ファイバ１３のコア偏心量と光
ファイバ１３の外径の公差等を合計すると±０．５μｍ
となるためである。

【００４１】また、光導波路２０に光ファイバ１３を接
続するに際しては、光導波路用Ｖ溝付基板１，３の３２
本全てのＶ溝１０に光ファイバ１３を設置し、その全Ｖ
溝１０に光ファイバ１３を紫外線硬化樹脂により接着し
紫外線照射により固定した後、その光ファイバ１３を接
着した光導波路用Ｖ溝付基板１，３の光入出力端と、光
回路基板２の光導波路２０の光入出力端を斜め研磨し
て、両基板１，２，３の端面を仕上げる。

【００４２】その後、光ファイバ１３を接着した光導波
路用Ｖ溝付基板１，３の光入出力端と光回路基板２の光
入出力端を紫外線硬化樹脂を用いて接着し、紫外線照射
により固定することにより、光導波路２０と光ファイバ
１３のコア同士を０．５μｍ以下のズレで接続すること
ができる。

【００４３】以上説明したように、本発明により、光回
路基板２と光ファイバ１３とを低損失で接続できるの
で、信頼性の高い光部品を作製できる。

【００４４】次に、本発明の他の実施の形態を説明す
る。

【００４５】図４（ａ），図４（ｂ），図４（ｃ）に機
械的にコア延長領域部分の反りを伸ばして平らにした様
子を示す。

【００４６】本実施の形態では、コア延長領域部分の反
りを伸ばして平らにするためにコア延長領域部分の１箇
所以上を真空チャックにより吸着させていたが、この矯
正方法では、真空チャック装置に代えて押圧体を用い
る。尚、押圧体としては、図４（ｃ）に示すように、こ
こでは押圧マスク板としてスリット付板材１４を用いて
いる。平らな板材１５及びスリット付板材１４の材質は
ＳｉＣあるいはＡｌ₂ Ｏ₃ が良い。

【００４７】この方法でＶ溝を形成するに際しては、図
４（ａ）の基板本体３ｋを、図４（ｂ）に示すように、
平らな板材（表面粗さ±３μｍ以下）１５の上に載せ
て、更に、図４（ｃ）に示したように、その基板本体３
ｋの導波路上面からＶ溝作製ライン（コア領域）以外の
領域にスリット付板材１４を載せて押圧し、これにより
コア延長領域部分の反りを伸ばして平らにして、スリッ
ト付板材１４のスリットにダイヤモンドブレードの歯１
２を通し、コアに沿って切り欠いてＶ溝を形成する。

【００４８】このように、機械的にコア延長領域部分の
反りを伸して平らにししても、本実施の形態と同様の効
果が得られる。

【００４９】しかし、この方法では、基板本体３ｋに一
度スリット付板材１４を設置すると、そのスリットの数
（図４（ｃ）に示したスリット付板材はスリットが８本
有るので８本のＶ溝を形成することができる。）しかＶ
溝を形成することができず、一遍に３２本全てのＶ溝を
形成することはできない。

【００５０】よって、図５（ａ）に示すように、基板本
体３ｋに８本のＶ溝を形成した後、他のＶ溝を形成する
には、図５（ｂ）に示すように、その８本のＶ溝を形成
するごとにスリット付板材１４を右方向（矢印ｒ方向）
にずらしていくことになる。

【００５１】また、この方法で作製した光導波路用Ｖ溝
付基板を用いて光ファイバと光導波路を接続するには、
その後、本実施の形態で説明した方法と同様にして、光
導波路用Ｖ溝付基板の全てのＶ溝に光ファイバを紫外線
硬化樹脂により接着し紫外線照射により固定した後、そ
の光ファイバを接着した光導波路用Ｖ溝付基板の光入出
力端と光回路部分の光入出力端を斜め研磨して両基板の
端面を仕上げる。その後、光ファイバを接着した光導波
路用Ｖ溝付基板の光入出力端と光回路部分の光入出力端
を紫外線硬化樹脂を用いてコア同士を±０．５μｍ以下
のズレで接着し、紫外線照射により固定する。

【００５２】

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、以下に示
すような顕著な効果を発揮する。

【００５３】第１に、光導波路が作製された石英基板上
の光回路の入出力端にコアの延長領域を持たせ、その延
長領域部分を切り出して溝付基板作製用の基板本体とし
て用いることにより、光回路基板のコアのピッチ間隔と
Ｖ溝付基板のＶ溝のピッチ間隔とを±０．５μｍ以下の
ズレで突き合わせることができる。

【００５４】第２に、光導波路が作製された石英基板上
の光回路の入出力端にコアの延長領域を持たせ、その延
長領域部分を切り出してＶ溝付基板作製用の基板本体と
して用いることにより、材料を新しく用意する必要が無
い。

【００５５】第３に、Ｖ溝付基板作製用の基板本体の反
りを伸ばして平らにした後、その上からそのコアに沿っ
てダイヤモンドブレードを走査することにより、Ｖ溝を
１本ずつ形成して光導波路用Ｖ溝付基板を完成させるの
で、Ｖ溝付基板の表面から一定の深さのＶ溝を作製する
ことができる。

【００５６】第４に、Ｖ溝付基板作製用の基板本体の反
りを伸ばして平らにする方法として、１箇所以上を真空
チャックする方法、あるいはＶ溝作製ライン以外の領域
を押圧マスク板により押圧する方法を用いたので、Ｖ溝
を形成する時の基板本体表面の端から端までの反り量を
±０．５μｍ以下とすることができる。

【００５７】これらのことから、本発明により、光回路
基板と光ファイバとを低損失で接続できる光導波路用Ｖ
溝付基板を製造できるので、信頼性の高い光部品を作製
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる光導波路用Ｖ溝付基板の概略図
である。

【図２】図１の光導波路用Ｖ溝付基板のＶ溝を形成する
ためのＶ溝作製ラインとなるコアが形成された図であ
る。

【図３】図１の光導波路用Ｖ溝付基板のＶ溝を形成する
方法を説明するための図である。

【図４】図１の光導波路用Ｖ溝付基板のＶ溝を形成する
他の方法を説明するための図である。

【図５】図４の方法で多数のＶ溝を形成する方法を説明
するための図である。

【符号の説明】

１ 光回路の光出力端側に接続される光導波路用Ｖ溝付
基板 １ｋ 基板本体 ２ 光回路基板 ３ 光回路の光入力端側に接続される光導波路用Ｖ溝付
基板 ３ｋ 基板本体 ４ コア １０ Ｖ溝 １３ 光ファイバ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H037 AA01 BA24 DA04 DA06 DA12 2H047 KA04 KA12 LA12 MA05 PA03 PA05 QA04 RA08 TA32 TA42 TA43

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光導波路のコア端面と光ファイバとを接
   続すべくその光ファイバを支持するＶ溝が形成された光
   導波路用Ｖ溝付基板において、光導波路の入出力端に予
   め延長領域を形成し、その延長領域を切り出してＶ溝用
   の基板本体とし、その基板本体に形成されたコアに沿っ
   てＶ溝を形成したことを特徴とする光導波路用Ｖ溝付基
   板。
2. 【請求項２】 光導波路のコア端面と光ファイバとを接
   続すべくその光ファイバを支持するＶ溝が形成された光
   導波路用Ｖ溝付基板の製造方法において、光導波路の入
   出力端に予め延長領域を形成し、その延長領域を切り出
   してＶ溝用の基板本体とし、その基板本体に形成された
   コアに沿ってＶ溝を形成することを特徴とする光導波路
   用Ｖ溝付基板の製造方法。
3. 【請求項３】 コアに沿ってダイヤモンドブレードを走
   査してＶ溝を形成すると共に、その走査する際、反った
   基板本体を平らにして行う請求項２記載の光導波路用Ｖ
   溝付基板の製造方法。
4. 【請求項４】 走査する際、基板本体の裏面を真空チャ
   ック板に吸着させて平らにする請求項３記載の光導波路
   用Ｖ溝付基板の製造方法。
5. 【請求項５】 走査する際、基板本体に、コア領域にス
   リットが形成された押圧マスク板を載せて押圧して平ら
   にする請求項３記載の光導波路用Ｖ溝付基板の製造方
   法。