JP2003521738A - 光導波路のための液浸剤、結合構成、及び結合方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 透明エラストマ（例えば、シリコーンゴム）が、光導波路（２）と光学部品（６）の導電性構造との、耐久性があり減衰が低い接続のための液浸剤（１０）として使われる。エラストマの基質は、橋架けされていない液相部分（例えば、シリコーン軟化剤）を含む。同じ種類の液浸剤（１０）が結合システム内で使われる。光導波路（２）の端面と部品（６）の結合表面との間の距離は、約２μｍから２０μｍの範囲である。結合の点（８）に存在する液浸剤（１０）の体積は、５μｌよりも小さい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 （技術分野） 本発明は、少なくとも１つの光導波路（ＬＷＬ）を光学部品（光チップ）に結
合させるため、又は光導波路を光学部品に接続するための、液浸剤、結合構成、
及び結合方法に関する。

【０００２】 （背景技術） 光学結合構成は、光を注入するため、又は、２つの光導波路の端面間、例えば
中心部とクラッディングから成る光導波路ファイバの端面と、チップ上に存在す
る導波管構造の対向端面との間で、光を結合させるために使われる。このような
結合構成は、例えば、整相列の原理に基づき動作する光学フィルタなどにおいて
使われる。これらは、光が特定の点において入射する注入面を有し、光学フィル
タの出力波長は、この注入点の幾何学的な位置に依存する。整相列原理に基づき
動作する光学フィルタは、低い挿入減衰と高い漏話抑制とを有するため、特に、
光学的な遠距離通信分野において、マルチプレクサ又はデマルチプレクサとして
使われる。

【０００３】 独国特許出願ＤＥ４４２２６５１．９号は、整相列フィルタと呼ばれるものを
開示し、この整相列フィルタの中心波長は、チップ導波管構造に光を注入する光
導波路ファイバを位置決めすることにより定義され、よって、正確に整列させる
ことができる。これは、導波管端面を、お互いとの関係で転置することにより行
われる。

【０００４】 可変長を有する素子をファイバにはめ込み、よって後者が、可変長を有する素
子の伸張方向と平行に転置されることにより、チップの注入面に対する、光導波
路の端面の位置を変更することがすでに提案されている。

【０００５】 光導波路と、光導波路ファイバ又はファイバ列と、能動素子及び／又は受動素
子を含む光素子との間で光学結合を実現するためには、光導波路を、チップの注
入面に対して画定された位置に保持し、対応する導波管構造を接続する必要があ
る。これは通常、ファイバ端面をチップに直接接着することにより実行される。
しかしながら、上述の場合では、ファイバ端面とチップとの直接的な接着又は溶
着は、ファイバとチップとの間で必要とされる相対的な移動を変えてしまうため
、望ましくない。挿入減衰を向上し、パワー変動を低減するために、従来におい
ては、ファイバとチップとの間に液浸剤が導入されてきた。特に、安定したゲル
、例えば、追加橋架けされたシリコーンゴムが、液浸剤として使われる。シリコ
ーンゴムはここでは、ゴムが導入された後に完全に硬化するよう、混成比が１：
１の２つの成分から成る。硬化は、液浸剤の流出を防止するために必要と考えら
れている。

【０００６】 一方のファイバ及びそのファイバ取付台と他方のチップとの間に封入体積が形
成されるにしたがって、冷却期間中に、縮小の結果、部品の挿入減衰を相当に増
大させる破裂又は液胞（小さな真空の泡）が、液浸ゲル内に形成される。これに
加え、上述のファイバ及びチップ間の相対的な移動によっても、破裂の形成が促
進される。

【０００７】 本発明はしたがって、例えば、ファイバ又はファイバ列などの光導波路と、光
学部品／チップとの間の、低い挿入減衰を有する光学結合を可能にすることを目
的とする。

【０００８】 （発明の開示） この目的を達成するために、光導波路を光チップに結合させるための液浸剤は
、破壊における引張り歪みが３００％より大きく、弾性率が、２００Ｎ／ｃｍ²
よりも小さな値を有する透明なエラストマが、液浸剤として機能することを特徴
とする。したがって、冷却した場合に、十分なゲルが、液浸の縁の領域から流出
を続け、破裂及び液胞につながる応力が増大しないように、液浸が軟らかく調整
される。一方、液浸材料は、光導波路とチップとの間の体積から流出できるほど
の流動性はなく、よって、部品の使用期間全体において、液浸材料がこの中間の
空間にとどまることを確実にする。

【０００９】 本発明による液浸剤の１つの好適な構成は、液浸剤の基質が、橋架けされてい
ない液相の部分を備えることを特徴とする。例えば、２成分の液浸剤の混成比を
対応して調整することにより、液浸剤が望まれる形の柔軟性を有するよう液浸剤
を調整することができる。

【００１０】 本発明による液浸剤の更にもう１つの好適な構成は、液浸剤が、低い蒸気圧を
有する液浸液体の１％から１０％の液相の部分を含むことを特徴とする。液相部
分の追加は、最初に述べられた特性を有する液浸剤の生成に対する簡易な代替案
である。

【００１１】 本発明による液浸剤の更にもう１つの好適な構成は、エラストマに基づき選択
される液浸オイル又は軟化剤が液浸液体として使われることを特徴とし、液浸オ
イルを追加することにより、容易に液浸剤を調整できる。

【００１２】 本発明による液浸剤の更にもう１つの好適な構成は、液浸剤がシリコーンゴム
であり、液浸液体がシリコーン軟化剤、特にシリコーンオイルであることを特徴
とする。シリコーンゴムは、完全に橋架けされていない状態においても著しい程
度の接着性を有するため、部品結合の安定性が、その部品の使用期間全体にわた
って保証される。

【００１３】 本発明による液浸剤の更にもう１つの好適な構成は、液浸剤がエポキシアクリ
レートであり、液浸液体がエポキシアクリレート軟化剤、特に、ポリイソブチレ
ンであることを特徴とする。

【００１４】 本発明による液浸剤の更にもう１つの好適な構成は、液浸剤がウレタンアクリ
レートであり、液浸液体がウレタンアクリレート軟化剤、特に、ポリイソブチレ
ンであることを特徴とする。

【００１５】 ２つの最後に述べられた液浸剤はまた、放射線橋架けエラストマとも呼ばれ、
シリコーンゴムの好適な代替品となる。これらの液浸剤もまた、本発明による液
浸剤に必要とされる特性を有することができる。

【００１６】 本発明による液浸剤の更にもう１つの好適な構成は、液浸液体又は軟化剤が、
脂肪族又は芳香族オイルであることを特徴とし、一連の軟化剤が入手可能であり
、それぞれの周辺状況に応じて、特定の軟化剤を選択可能である。

【００１７】 本発明による液浸剤の更にもう１つの好適な改良は、シリコーンゴムが、混成
比が０．５：１から０．９：１の２つの成分から成ることを特徴とする。例えば
、ワッカーケミー社のシリコーンゴム、ワッカーシルゲル（登録商標）６１２（
WACKER SilGel 612 from Wacker-Chemie GmbH）の場合などの、シリコーンゴム
の場合、シリコーンゴムの完全な橋架けを得るために、成分の混成比として１：
１が推奨されている。この混成比を上述のように変更することにより、本発明で
必要とされる柔軟性を備えるシリコーンゴムが得られる。

【００１８】 本発明による液浸剤の更にもう１つの好適な改良は、液浸剤が、エラストマの
材料破壊応力の半分よりも大きな、単位面積あたりの接着力を有することを特徴
とし、縮小プロセスが発生した場合に、液浸剤が、ファイバ又はチップの結合面
から剥離しないことを好適に保証する。

【００１９】 本発明による液浸剤の更にもう１つの好適な改良は、液浸剤の変態点／ガラス
転移点Ｔ_gが０℃よりも低いことを特徴とする。これにより、液浸剤が、結合の
動作温度の範囲全体において、望ましい弾性特性を有することを好適に保証する
。

【００２０】 本発明による液浸剤の更にもう１つの好適な改良は、液浸剤の屈折率が、ｎ＝
１．３とｎ＝１．７の間の値、特に、ｎ＝１．４とｎ＝１．５の間の値を有する
ことを特徴とする。このような屈折率を選択することにより、結合構成は、ファ
イバの屈折率又はチップの屈折率に最適な形で適合され、これに対応して結合減
衰が低減される。

【００２１】 上述の目的を達成するために、例えば、光ファイバ又は光ファイバ列などの光
導波路を光学部品／チップに結合させるための構成は、（ａ）上述の種類の液浸
剤が使われ、（ｂ）光導波路の端面とチップの結合面との距離が２μｍから２０
μｍであり、（ｃ）結合点に塗布される液浸剤の体積が５μｌよりも小さいこと
、を特徴とする。

【００２２】 試験の結果、液浸剤の特性及び結合構成の領域での空間状態、すなわち、特に
、光導波路とチップの結合面との距離及び液浸剤の体積の両方が、結合品質及び
結合構成の使用期間に影響を及ぼすことがわかった。破裂又は液胞の形成は、光
導波路の結合面とチップの結合面との間の距離が２μｍと２０μｍの間である場
合に更に好適に低減でき、また、結合点に塗布される液浸剤の体積が５μｌ以下
の場合に好適に低減できる。結合面間の距離が２μｍよりも小さい場合、両結合
面が互いに接触するおそれがあり、または、結合面間の摩擦が大きくなりすぎ、
液浸剤が結合面から剥離するおそれがある。距離が２０μｍよりも大きい場合、
液浸剤の結果、減衰が相当に増大する。一方、これらのパラメータに準拠するこ
とにより、縮小プロセスが発生した場合でも、十分な液浸剤が外から両結合面間
の空間に流れることができることを保証し、これにより、液胞の形成を回避でき
る。

【００２３】 本発明による構成の更にもう１つの好適な改良は、光導波路ファイバが結合の
ためにフェルール内に配置される構成において、ファイバがフェルール内に保持
され、フェルールがその端部において低減された直径を有し、チップの結合面も
また低減されていることを特徴とする。これにより、２つの結合面間の体積の縁
領域とこの領域の中心との距離が小さくなることを確実にし、これにより、縮小
プロセスが発生した場合に、ゲルが、よりよく又はより迅速に、発生する可能性
のある応力を補償でき、破裂及び液胞の形成を回避できる。

【００２４】 本発明による構成の更にもう１つの好適な改良は、結合装置が、液浸材料と同
一の成分を有するが、より硬くなるよう調整され、特に、完全に橋架けされる密
閉化合物によって囲まれることを特徴とする。結合点に流し込み材料を充填する
ことより、機械的なショック応力及び振動は、減衰された形のみで結合構成に伝
達される。密閉化合物が、結合のための液浸材料と同一の液浸材料から成る場合
、例えば、同じくシリコーンゴムから成る場合、２つの材料間の化学的適合性が
好適に得られ、２つの材料は、硬化の程度又は結合点における液浸剤の場合に軟
化剤の追加量のみにおいて相違する。これに加え、２つの材料の膨張係数は実質
的に等しいため、膨張プロセス又は縮小プロセスが存在する場合でも、結合点に
おいて、液浸材料には追加の圧縮力又は引張り力が加えられない。最後に、エラ
ストマ液浸材料は、密閉化合物によって、流出から好適に保護される。

【００２５】 上述の目的を達成するために、例えば、光ファイバ又は光ファイバ列などの光
導波路を光チップに結合させる方法は、（ａ）光導波路又は光導波路に接続され
たフェルールをチップの結合面から２μｍから２０μｍの距離に移動し、（ｂ）
上述の種類の液浸材料を準備し、（ｃ）液浸材料を約５μｌの量で結合点に分配
し、（ｄ）液浸材料を混成比にしたがって硬化させる、ことを特徴とする。

【００２６】 光導波路の結合面とチップの結合面との空間的な関係を保持する、すなわち、
これらの結合面間の距離を選択することにより、結合方法の際に大きな出費を伴
うことなく、縮小プロセス又は膨張プロセスの際に、結合構成が動作中であって
も、破裂又は液胞が相当量形成されることを確実にする。結合方法自体は、従来
技術と同程度に簡易なものであるため、本発明を実施するために追加の出費は必
要ではない。結合面間に比較的大きな距離を保つこともまた、２つの結合面を可
能な限り近づけて光導波路からチップへの光ビームの結合を向上させる従来の技
法と矛盾する。しかしながら、結合面間の相違が低すぎる場合には、他の機械的
な影響及び応力の影響が、液浸材料によるファイバとチップとの間の十分な光学
結合を実現できないほどの効果をもって働くため、この結合は驚くほど劣悪であ
る。

【００２７】 本発明による方法の更にもう１つの好適な改良は、液浸材料の硬化の後、液浸
材料と同一の成分を有するが、より硬化するよう調整され、特に完全に橋架けさ
れた密閉化合物が、結合点の周りに流し込まれることを特徴とする。部品の密閉
のために、結合のための液浸材料と同一の開始材料が使われるため、この材料は
、この目的に適するためには、異なる硬さに調節可能であるのみでよい。同一の
開始材料を使うことにより、上述の効果が得られるだけでなく、２つの目的に異
なる材料を在庫に抱える必要がないため、在庫の保管が改善される。

【００２８】 本発明による方法の更にもう１つの好適な改良は、液浸材料又は密閉化合物が
、通常の動作温度で硬化されることを特徴とする。これにより、材料が通常の動
作温度からかなり異なる温度で硬化され、部品が生産現場から使用位置に移動さ
れた時にはすでに応力が与えられている状況を好適に回避できる。この場合、部
品の動作の際に発生する「通常」の応力負荷に加えて、これらの応力が生じる。
部品の最初の硬化が通常動作温度下で行われた場合、破裂及び液胞の形成もまた
、動作現場の場合に、その間に部品が異なる温度の環境に配置された場合にも、
より少なくなる。

【００２９】 本発明による方法の更にもう１つの好適な改良は、基質に液相部分を含む液浸
材料が、結合点に塗布され完全に硬化した液浸材料を軟化剤によって処理するこ
とにより、製造されることを特徴とする。この方法の結果、既存の結合構成を、
将来の破裂及び液胞の形成に対して好適に保護できる。すなわち、適切なオイル
又は他の軟化剤液体を硬化した液浸材料に塗布することにより、液浸材料が、本
発明による目的に適した状態にされる。

【００３０】 本発明による方法の更にもう１つの好適な改良は、脂肪族又は芳香族オイルが
液浸オイルとして使われることを特徴とする。これらのオイルはまた、後続の本
発明の目的のための液浸材料の調節にも適しており、比較的大きな追加出費無し
に、望ましい目的が達成できる。

【００３１】 （発明を実施するための最良の形態） 次に、本発明を例示する実施の形態を添付の図面を参照して説明する。

【００３２】 図１は、フェルール４内に固定された光ファイバ２と集積光学部品、すなわち
、結合対象である導波管（図示せず）を備えるチップ６との間の結合構成を示す
。約５μｌ以下の体積の液浸剤又は液浸ゲル１０が、ファイバ２又はフェルール
４の端部とチップ６の結合面との間の中間の空間と、結合点８に設けられた結合
領域を囲む縁領域と、を満たす。結合構成の各部分は、ハウジング１４内に密閉
化合物１２によって密閉される。

【００３３】 液浸剤１０は、以下の特性を有する。

【００３４】 液浸剤１０は、１．３と１．７との間の屈折率、例えば、１．４と１．５の間
の屈折率を有する。

【００３５】 液浸剤１０は、破壊における引張り歪みが３００％を超える透明なエラストマ
である。破壊における引張り歪みは、容易に１０００％の値を有することができ
る。最初に記載された、ファイバとチップとの間の移動を可能にする結合構成の
場合、２つの結合面間に３０μｍから４０μｍの横方向の移動が発生する。２つ
の結合面間の距離が３μｍの場合、約１０００％の、破壊における引張り歪みが
発生する。

【００３６】 液浸材料は、２００Ｎ／ｃｍ²よりも低い弾性率、より好適には、１００Ｎ／
ｃｍ²よりも低い弾性率を有する。

【００３７】 液浸材料は、０℃よりも低い変態点／ガラス転移点Ｔ_gを有する。

【００３８】 液浸材料は、例えば、シリコーンゴムの場合、２つの成分の混成比を０．５：
１から０．９：１に選択することにより、必要な柔軟性又は接着性を有する。こ
の代わりに、軟化剤の液相部分又は液浸オイルを、液浸材料の量の０％から１０
％の量だけ加えることもでき、液浸液体は低い蒸気圧を有する。

【００３９】 液浸剤は、石英ガラスに比べ、少なくとも、エラストマの材料破壊応力の半分
の単位面積あたりの接着力を有する。

【００４０】 結合面間の液浸材料のシートの厚さは、２μｍと２０μｍの間であり、ファイ
バ結合あたりの液浸材料の全体の長さは、５μｍよりも小さい。

【００４１】 密閉化合物の材料は、液浸材料の開始材料と同一であるが、密閉化合物は完全
に硬化される。密閉化合物は、エラストマ液浸材料を流出から好適に保護する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 光導波路ファイバを光学部品／チップに結合させるための結合構
成を示す概略図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ザイドラー ギュンター ドイツ ゲルメリング エリカシュトラー セ ３ アー (72)発明者 ドーチェ ベルンハンルト ドイツ オッテルフィング ジュピテルシ ュトラーセ 15 Ｆターム(参考） 2H037 AA00 BA00 BA22 BA31 DA03 DA04 DA17

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも１つの光導波路を光学部品に結合させるための液
   浸剤であって、前記液浸剤が、破壊における引張り歪みが３００％よりも大きく
   、弾性率が２００Ｎ／ｃｍ²よりも小さな、透明なエラストマであることを特徴
   とする液浸剤。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の液浸剤であって、前記液浸剤の基質が、橋
   架けされていない液相の部分を備えることを特徴とする液浸剤。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の液浸剤であって、前記液相部分が、低い蒸
   気圧を有する液浸液体の１％から１０％であることを特徴とする液浸剤。
4. 【請求項４】 請求項１又は２に記載の液浸剤であって、前記液浸液体が、
   前記エラストマに基づき選択される、液浸オイル又は軟化剤であることを特徴と
   する液浸剤。
5. 【請求項５】 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の液浸剤であって、前
   記液浸剤がシリコーンゴムであり、前記液浸液体が、シリコーン軟化剤、特に、
   シリコーンオイルであることを特徴とする液浸剤。
6. 【請求項６】 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の液浸剤であって、前
   記液浸剤がエポキシアクリレートであり、前記液浸液体が、エポキシアクリレー
   ト軟化剤、特に、ポリイソブチレンであることを特徴とする液浸剤。
7. 【請求項７】 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の液浸剤であって、前
   記液浸剤がウレタンアクリレートであり、前記液浸液体が、ウレタンアクリレー
   ト軟化剤、特に、ポリイソブチレンであることを特徴とする液浸剤。
8. 【請求項８】 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の液浸剤であって、前
   記軟化剤が、脂肪族又は芳香族オイルであることを特徴とする液浸剤。
9. 【請求項９】 請求項４に記載の液浸剤であって、前記シリコーンゴムが、
   ２つの成分の混成物であり、前記成分の混成比が、０．５：１から０．９：１で
   あることを特徴とする液浸剤。
10. 【請求項１０】 請求項１乃至９のいずれか１項に記載の液浸剤であって、
    前記液浸剤が、ガラスと比較して、前記エラストマの材料破壊応力の半分よりも
    大きい、単位面積あたりの接着力を有することを特徴とする液浸剤。
11. 【請求項１１】 請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の液浸剤であって
    、前記液浸剤の変態点／ガラス転移点Ｔ_gが、０℃よりも低いことを特徴とする
    液浸剤。
12. 【請求項１２】 請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の液浸剤であって
    、前記液浸剤の屈折率が、１．３から１．７であり、特に、１．４から１．５で
    あることを特徴とする液浸剤。
13. 【請求項１３】 少なくとも１つの光導波路を光学部品に結合させるための
    構成であって、 （ｄ）請求項１から請求項１２の１つに記載の液浸剤が使われ、 （ｅ）前記光導波路の端面と前記部品の結合面との間の距離（ｄ）が、２μｍ
    から２０μｍであり、 （ｆ）結合点に塗布される前記液浸剤の体積が、５μｌよりも小さい、ことを
    特徴とする構成。
14. 【請求項１４】 請求項１３に記載の構成であって、前記光導波路ファイバ
    が結合のためにフェルール内に配置され、前記フェルールがその端面において低
    減された直径を有し、前記部品の前記結合面もまた低減されていることを特徴と
    する構成。
15. 【請求項１５】 請求項１３又は１４に記載の構成であって、前記結合装置
    が、密閉化合物であって、前記液浸材料と同一の成分を有するが、より硬くなる
    ように調整され、特に、完全に橋架けされる密閉化合物によって囲まれることを
    特徴とする構成。
16. 【請求項１６】 少なくとも１つの光導波路を光学部品に結合させる方法で
    あって、 （ｅ）光導波路又は光導波路に接続されたフェルールを、前記部品の結合面か
    ら２μｍから２０μｍの距離に移動し、 （ｆ）請求項１から請求項１２の１つに記載の液浸材料を準備し、 （ｇ）前記液浸材料を、約５μｌの量で結合点において堆積し、 （ｈ）前記液浸材料を、混成比に基づいて硬化させる、ことを特徴とする方法
    。
17. 【請求項１７】 請求項１５又は１６に記載の方法であって、前記液浸材料
    の硬化の後、前記液浸材料と同一の成分を有するが、より硬くなるよう調整され
    、特に、完全に橋架けされる密閉化合物を、前記結合点の周囲に流し込むことを
    特徴とする方法。
18. 【請求項１８】 請求項１７に記載の方法であって、前記液浸材料又は前記
    密閉化合物を、通常の動作温度において硬化させることを特徴とする方法。
19. 【請求項１９】 請求項１８に記載の方法であって、結合点に塗布され完全
    に硬化された液浸材料を軟化剤によって処理し、基質に液相部分を含む前記液浸
    材料を製造することを特徴とする方法。
20. 【請求項２０】 請求項１９に記載の方法であって、脂肪族又は芳香族オイ
    ルが、液浸オイルとして使われることを特徴とする方法。