JP2001272572A - 光導波路デバイス - Google Patents

光導波路デバイス

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JP2001272572A
JP2001272572A JP2000084819A JP2000084819A JP2001272572A JP 2001272572 A JP2001272572 A JP 2001272572A JP 2000084819 A JP2000084819 A JP 2000084819A JP 2000084819 A JP2000084819 A JP 2000084819A JP 2001272572 A JP2001272572 A JP 2001272572A
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JP
Japan
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optical waveguide
package
substrate
optical
fiber
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JP2000084819A
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English (en)
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Takenori Ichiki
武典 一木
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Original Assignee
NGK Insulators Ltd
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24Coupling light guides
    • G02B6/26Optical coupling means
    • G02B6/30Optical coupling means for use between fibre and thin-film device

Abstract

(57)【要約】 【課題】 気密封止されたパッケージ内部での熱膨張差
による光ファイバと金属パッケージにおける伸縮寸法の
違いを、より効果的に調整できるとともに、光導波路デ
バイスに付与される振動に対しても有効でより小型の光
導波路デバイスを提供する。 【解決手段】 主面1aに光導波路6を設けた光導波路
基板1と、この光導波路基板1に接続された多芯及び単
芯の光ファイバ3a、3と、それらを気密封止する金属
製パッケージ4とから構成された光導波路デバイスにお
いて、前記光導波路基板1を上端5aで保持する支持脚
5の下端5bを前記パッケージ4の内面に取り付けると
ともに、該支持脚5に、該下端5bに対し該上端5aを
該多芯ファイバ3aの長手方向に延設する延長部5cを
有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、基板の主面に光導波路
を設けた光導波路基板と、この光導波路基板に接続され
た多芯及び単芯の光ファイバと、それらを気密封止する
金属製パッケージとから構成された光導波路デバイスに
関する。
【0002】
【従来の技術】光ファイバ通信で利用される光導波路デ
バイスは、ニオブ酸リチウムを主成分とする基板の主面
に光導波路をTi等の金属を拡散して設け、前記光導波
路が複数の直線状部及び一つ以上のY字状分岐部などか
らなる光導波路基板と、この光導波路基板に接続された
多芯及び単芯の光ファイバと、それらを気密封止する金
属製パッケージとから構成され、光導波路基板の両側に
接続された多芯及び単芯の光ファイバはパッケージで固
着され、その光導波路基板を多芯及び単芯の光ファイバ
だけで支持されている。そして、この光導波路基板を収
容するパッケージは、屋外の過酷な環境下に置かれるこ
とが多く、85℃の高温から−40℃もの低温にさらさ
れたり、砂漠環境から高湿環境にさらされたりするの
で、こうした過酷な周囲環境下で長期間安定して動作す
る耐候性がなければならない。そのため、こうした光導
波路デバイスにおいては、光ファイバとそれを固定する
光導波路基板は石英製又はセラミックス製で熱膨張係数
が5×10-14であるのに対し、金属製のパッケージは
熱膨張係数が20×10-7であり大きな差異が有るなか
では、熱膨張差のある部材を敢えて相互に固着せず、光
ファイバのみで該光導波路基板を一端固定で支持してい
た。すなわち光導波路基板とパッケージは相対位置の僅
かな変動を許容した状態に放置していた。一方、光導波
路基板には、上記したY字状分岐部のみならず、分岐部
近傍に電極を配置した導波路を通過する光に変調を加え
る機能を持たせた基板もあり、当該電極へはパッケージ
電極パッド部からワイヤーボンディングにて結線されて
いる。このような光導波路基板を納めたパッケージにあ
って、上記のように光導波路を光ファイバのみで支持す
ると、当該ワイヤーの一端はパッケージ電極パッドに固
定されているためパッケージとの相対位置に変動は無く
ても、他の一端は光導波基板路上に在るためにパッケー
ジとの僅かな変動が起こり得る。この様な一端固定・一
端変動の状態は繊細なワイヤーに応力、特に繰り返し応
力を発生させ、ワイヤーの切断や電極からの剥離等様々
な障害を引き起こす原因となった。このようなワイヤー
に生じる障害を防ぐため、変動する一端をも固定状態に
すべく光導波路基板自体をパッケージに固定すると、先
に述べたごとく大きな熱膨張差のある部材を納めた気密
封止されたパッケージという限られた空間内では熱膨張
差による寸法変化を構成部品の部品接続部分や、光ファ
イバ自体で吸収せねばならず、この耐候対策を怠れば光
ファイバ等の事故が懸念された。そのため従来は、光導
波路基板をパッケージに固定するとともに、熱膨張差に
よる寸法変動を主に光ファイバの可撓性を利用して吸収
する手段が取られていた。即ち、一端のパッケージ封止
部から光導波路基板までの光ファイバと、該光導波路基
板から他端のパッケージ封止までの光ファイバとにおい
て、一番寸法差が出る状態でも光ファイバが切れない状
態で上記両方の光ファイバを各々接続し、寸法差が減少
する過程では光ファイバの余剰分をその撓みで吸収して
いた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、光ファイバに
可撓性があるとは言え、撓ませる量又は範囲については
許容曲率半径以下であることが必要であり、光導波路基
板の両側に接続した光ファイバを問題無く撓ませるには
撓ませる空間に合わすためにパッケージが大きくなるこ
とは避け難かった。また、光ファイバと光導波路基板の
接続部は、撓みによるせん断力も考慮に入れた設計とな
り、特に多芯ファイバと光導波路基板の接続部分は、フ
ァイバを撓ませると芯の数を乗じた復元力がかかること
になり、単芯側の接続部分に比べて高強度の設計が必要
となるため、これもパッケージ大型化の原因になってい
た。従って、全ての機器が小型化の要請を受ける中で、
当該パッケージのみが、耐候性を確保するため大型化を
せざるを得ず、耐候性があってしかも小型のパッケージ
が希求されていた。
【0004】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明の課題
は、気密封止されたパッケージ内部での熱膨張差による
光ファイバと金属パッケージにおける伸縮寸法の違い
を、より効果的に調整できるとともに、光導波路デバイ
スに付与される振動に対しても有効で従来より小型の光
導波路デバイスを提供することである。本発明に係る光
導波路デバイスは、基板の主面に光導波路を設けた光導
波路基板と、この光導波路基板に接続された多芯及び単
芯の光ファイバと、それらを気密封止する金属製パッケ
ージとから構成された光導波路デバイスにおいて、前記
光導波路基板を上端で保持する支持脚の下端を前記パッ
ケージの内面に取り付けるとともに、該支持脚に、該下
端に対し該多芯ファイバの長手方向に延設して該上端を
取り付ける延長部を有することを特徴とする光導波路デ
バイスである。
【0005】これにより、過酷な状況下に置かれた光導
波路デバイスに熱膨張が起こっても、支持脚の下端位置
から多芯ファイバがパッケージに固定封止された位置ま
での金属パッケージの伸張分は、主として支持脚の延長
部が、金属パッケージと同等の熱膨張率によって伸張す
ることで相殺して、実質的に多芯ファイバと光導波路の
接合部には何らの応力を発生させず、一方、支持脚の下
端位置から単芯ファイバがパッケージに固定封止された
位置までの金属パッケージの伸張分は、単芯ファイバの
撓みを減少させていくことで吸収する。逆に環境温度の
低下により熱収縮が起こった場合は、支持脚の下端位置
から多芯ファイバがパッケージに固定封止された位置ま
での金属パッケージの収縮分は、主として支持脚の延長
部が金属パッケージと同等の熱収縮率によって収縮する
ことで相殺して、この場合でも光導波路基板の接合部に
は何等の応力も発生させない。一方、支持脚の下端位置
から単芯ファイバがパッケージに固定封止された位置ま
での金属パッケージの収縮分は、単芯ファイバの撓みを
増大させていくことで吸収する。ここでファイバの撓み
によりファイバと基板の接続部分にせん断力が発生する
が、単芯であるため、多芯の場合に比較して格段に対応
は容易である。
【0006】また、支持脚が2つ以上又は複数個ある場
合、複数個ある支持脚の上端面に石英製スペーサを架設
させるとともに、そのスペーサの上面に光導波路基板を
固定させて支持脚と光導波路基板の間にスペーサを介在
させることが望ましい。これにより、多芯ファイバの長
手方向における複数の上端及び下端の材質の熱膨張係数
が異なり、下端間の間隔に対し上端間に生じた歪みを石
英製スペーサが吸収消滅するので、上端が接着された光
導波路基板に歪みが生じ応力で光通路を伝達する光信号
に障害が発生することが無い。この手段は、光導波路基
板の材質が、GaAs系、InP系の半導体導波路チッ
プ、ガラス基板を用いる誘電体(ガラス)導波路チッ
プ、LiNbO3やLiTaO3結晶で構成した強誘電体結晶導波路
チップ等の種類のものに有効であり、Si上に酸化膜を
形成していく光導波路基板はスペーサを用いなくても良
い。なお、支持脚の延長部の材質は、パッケージの材質
より熱膨張係数の大きく加工の容易な材料が好ましく、
例えばエンジニアリングプラスチック又は金属が適当で
あり、延長部が多芯ファイバの長手方向に充分長けれ
ば、上下端を接着性又は固着性の良い他の材質にするこ
とも可能である。また、支持脚の下端を固定する位置
は、上方に開口したパッケージの内面の底面又は側面に
固定することができる。また、支持脚の延長部はその下
面が、パッケージの内底面と支持脚の下端の高さだけの
隙間があっても良いし、逆に、延長部の下面がパッケー
ジの内底面と接触しパッケージと同程度の熱を受容する
とともに、その下面の両端のうち単芯ファイバ側だけパ
ッケージの内面に固定されていても良い。
【0007】
【実施の形態】本発明の光導波路デバイスを図1に概略
的に示す。この光導波路デバイスは、光導波路基板1、
V溝基板2、2a、単芯ファイバ3及びリボン状ファイ
バ3aからなる光ファイバアレイと、金属製パッケージ
4と、光導波路基板を保持する支持脚5とからなる。Li
NbO3又はLiTaO3からなる基板1の主面1aに、光導波路
6が形成されている。この光導波路6には、端部から直
線状部、Y字状分岐部及び一対の直線状部と連続的に形
成され、各直線状部をそれぞれ挟むように、光変調部で
ある電極を並行して形成したり、Y字状分岐部を2個以
上ツリー状に形成し、カスケード配列させたりして各種
の処理ができる光導波路を形成できる。V溝基板2、2
aに固定される単芯ファイバ3及びリボン状ファイバ3
aは、金属製パッケージ4に挿通され外部へ接続され
る。
【0008】支持脚5は、上端5aで光導波路基板1を
下方から保持するとともに、下端5bはパッケージ4の
内底面に取り付けられ、上端5aと下端5bを連結する
延長部5cは下端5bに対し多芯ファイバ3aの長手方
向と平行になるように延設されて上端5aを備えてい
る。これにより、リボン状ファイバ3aがパッケージ4
に固着された点を起点に金属パッケージ4が熱膨張によ
り延びるのに対し、その起点からパッケージ4の内側に
あるリボン状ファイバ3aの末端までは熱膨張係数が小
さく、従来は熱膨張差となった伸縮分を、支持脚5の延
長部5cは熱膨張係数が大きく多芯ファイバ3aの方向
へ伸張して熱膨張差をほとんど無くすことができる。更
に、支持脚5は光導波路基板1を下方から保持している
ので、光導波路でバイス自体が上下左右方向へ振動され
ても従来のように光ファイバの断線や図示しないボンデ
ィングワイヤの剥離・断線を防止できる。
【0009】また、LiNbO3又はLiTaO3からなる基板1の
下面と2本ある支持脚5の各々の上端5aとの間には、
それぞれと接着された石英製のスペーサ7が介在されて
いるので、熱膨張により、2本ある支持脚5の各々の下
端5b間にある底面の金属の伸縮長と、各々の上端が接
着されているスペーサ7の伸縮長との差違は石英製のス
ペーサ7により吸収消滅され、上端が接着された光導波
路基板に歪みが生じ応力で光通路を伝達する光信号に障
害が発生することが無い。図2は他の形態を示し、延長
部5cを底面4aに接触させることができるし、下端5
bを側面4bに固定しても良い。
【0010】
【発明の効果】本発明によれば、気密封止されたパッケ
ージ内部での熱膨張差による光ファイバと金属パッケー
ジにおける伸縮寸法の違いを、より効果的に調整できる
とともに、光導波路デバイスに付与される振動に対して
も有効でより小型の光導波路デバイスを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る光導波路デバイスの説明図であ
る。
【図2】本発明に係る他の形態に係る光導波路デバイス
の説明図である。
【符号の説明】
1・・光導波路基板、1a・・主面、2A、2B・・V
溝基板、3・・単芯ファイバ、3a・・リボン状ファイ
バ、4・・金属製パッケージ、4a・・底面、4b・・
内面、5・・支持脚、5a・・上端、5b・・下端、5
c・・延長部、6・・光導波路、7・・スペーサ。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板の主面に光導波路を設けた光導波路
    基板と、この光導波路基板に接続された多芯及び単芯の
    光ファイバと、それらを気密封止する金属製パッケージ
    とから構成された光導波路デバイスにおいて、 前記光導波路基板を上端で保持する支持脚の下端を前記
    パッケージの内面に取り付けるとともに、該支持脚に、
    該下端に対し該多芯ファイバの長手方向に延設して該上
    端を取り付ける延長部を有することを特徴とする光導波
    路デバイス。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の支持脚は複数個あって、
    該複数個ある支持脚の上端面にスペーサを架設させ、該
    スペーサの上面に光導波路基板を配置したことを特徴と
    する光導波路デバイス。
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