JP2004062064A

JP2004062064A - Optical waveguide module and optical waveguide substrate manufacturing method

Info

Publication number: JP2004062064A
Application number: JP2002223703A
Authority: JP
Inventors: Takashi Sasaki; 佐々木　隆
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2002-07-31
Filing date: 2002-07-31
Publication date: 2004-02-26
Anticipated expiration: 2022-07-31
Also published as: JP4062005B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a groove for lining an optical fiber by which optical axis deviation is hardly caused between the optical fiber and an optical waveguide core and which is suitable for formation on a quartz substrate. <P>SOLUTION: This optical waveguide module 1 incorporates an optical waveguide substrate 10 and the optical fiber 32. A substrate 11 has a lower order section 11a and a higher order section 11b. One end surface of the optical waveguide core 12 is positioned on the side of the higher order section. The groove 14 extending along with an extension 8 of an optical axis of the optical waveguide core is provided on an upper surface of the lower order section. The tip part of the optical fiber is arranged in the groove. Opening width of the groove is smaller than an outer diameter of the optical fiber. The tip part of the optical fiber is supported by an edge of the groove. Since no clearance is required between an inner surface of the groove and the optical fiber, the optical axis deviation is hardly caused between the optical fiber and the optical waveguide core. Since the inner surface of the groove is not required to be inclined to the upper surface of the substrate as well, the groove can easily be formed even when a material of the substrate is quartz. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光導波路モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光導波路モジュールは、光導波路基板（「平面光導波路（ＰＬＣ）」とも呼ばれる）と光ファイバとを光学的に接続して一体化した装置である。光導波路基板は、通常、基板に光導波路コアを設けることにより製造される。この光導波路コアと光ファイバとは、互いの光軸が一致するように位置合わせ、すなわち調芯されている。
【０００３】
低損失の光導波路モジュールを得るためには、光導波路コアと光ファイバの位置合わせが重要である。特開昭６１−５５６１６号公報および特開昭６２−１７７１１号公報では、光導波路コアに位置合わせされた溝を基板の端部に設け、その溝内に光ファイバを収容することにより、光ファイバと光導波路コアとを位置合わせする。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
溝の内部に光ファイバを収容する場合、溝の内面と光ファイバとの間に光ファイバを挿入できる程度のクリアランスが必要となる。しかし、このクリアランスは、光ファイバの固定位置精度を劣化させる原因ともなる。クリアランスがあるため、光ファイバの位置が溝の内部で変化しやすい。これは、光ファイバと光導波路コアとの光軸ズレを招く。
【０００５】
特開昭６３−３１１２１２号公報には、Ｖ溝の側面で光ファイバを支持する技術が開示されている。溝の内部に光ファイバを収容するのではないので、Ｖ溝の内面と光ファイバとの間にクリアランスを設ける必要はない。
【０００６】
しかし、Ｖ溝には、石英基板に形成することが難しいという欠点がある。基板がシリコン製であれば、シリコン結晶面に沿った異方性エッチングを実行することにより、Ｖ溝を比較的容易に形成できる。しかし、基板が石英製の場合は、この手法は使用できない。また、機械加工では、十分な低損失が得られるようにＶ溝と光導波路コアとを位置合わせすることは難しい。
【０００７】
近年では、石英系光導波路コアを設ける基板の材料としては、シリコンよりも石英の方が好ましいとされている。これは、複屈折によって生じる光導波路コアの温度特性（特に偏波依存性）を抑制するためである。このため、石英基板への形成に適した光ファイバ整列用の溝が要望されている。
【０００８】
そこで、この発明は、光ファイバと光導波路コアの光軸ズレが生じにくく、石英基板への形成に適した光ファイバ整列用の溝を光導波路モジュールに提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明の光導波路モジュールは、光導波路基板および光ファイバを備えている。光導波路基板は、光導波路コアと、この光導波路コアを支持する基板とを有している。光導波路コアは、一本でも、複数本でもよい。この基板は、この基板の端部に位置する低位部と、低位部に隣接する高位部とを有している。光導波路コアの一端面は、低位部と高位部との境界において高位部の側面に位置している。低位部の上面には、光導波路コアの光軸の延長線に沿って延びる溝が設けられている。この溝は、一本でも、複数本でもよい。光ファイバの一端部は、この溝に配置されている。光ファイバのコアの端面は、高位部の側面に位置する光導波路コアの端面と対向している。溝の開口幅は、光ファイバの外径よりも小さい。光ファイバの上記の一端部は、溝のエッジによって支持されている。
【００１０】
上記の溝は、そのエッジで光ファイバを支持する。溝の内部に光ファイバを収容しないので、溝の内面と光ファイバとの間にクリアランスを必要としない。このため、光ファイバと光導波路コアとの間で光軸ズレが生じにくい。また、溝の側面で光ファイバを支持する必要がないので、溝の内面を基板上面に対して傾斜させる必要もない。このため、基板の材料が石英であっても、エッチングなどによって容易に溝を形成できる。
【００１１】
この発明の光導波路モジュールは、光ファイバを収容する光フェルールと、光フェルールおよび光導波路基板を支持する支持部材とをさらに備えていてもよい。支持部材は、支持部材の端部に位置する低位部と、低位部に隣接する高位部と、を有していてもよい。この場合、光導波路基板は、支持部材の高位部に配置される。また、光フェルールは、支持部材の低位部に配置される。光フェルールは、第１および第２の端面を有していてもよい。この場合、光ファイバの上記の一端部は、光フェルールの第１の端面から溝まで延在していてもよい。また、光ファイバの他端部は、光フェルールの第２の端面付近まで延在していてもよい。
【００１２】
支持部材を使用することで、光導波路基板に光フェルールを設置するための領域を設ける必要がなくなる。これにより、光導波路基板の面積を抑えられる。支持部材は、段差加工によって安価に製造できる。したがって、光導波路モジュールの製造コストが少なくて済む。
【００１３】
この発明の光導波路基板製造方法の第１態様では、光導波路コアが埋め込まれた基板を用意する。この光導波路コアは、基板の一端部まで延在している。この基板端部の上面には、溝が形成される。この溝は、光導波路コアのうち上記基板端部の手前に位置する部分の光軸の延長線に沿って延在している。この後、上記基板端部のうち溝を含む領域の上面部分が一定の厚さだけ除去される。これにより、光導波路コアのうち上記基板端部の手前に位置する部分の端面が露出する。
【００１４】
この発明の光導波路基板製造方法の第１態様では、光導波路コアが埋め込まれた基板を用意する。この光導波路コアは、基板の一端部まで延在している。この基板端部の上面部分は、一定の厚さだけ除去される。これにより、光導波路コアのうち上記基板端部の手前に位置する部分の端面が露出する。この後、上記基板端部の上面に溝が形成される。この溝は、光導波路コアのうち上記基板端部の手前に位置する部分の光軸の延長線に沿って延在している。
【００１５】
この第１または第２態様の方法によれば、エッジ部で光ファイバを支持する光ファイバ整列用の溝を基板に形成することができる。この発明の光導波路モジュールで使用される光導波路基板は、この方法によって製造することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図示の便宜上、図面の寸法比率は説明のものと必ずしも一致しない。
【００１７】
図１および図２を参照しながら、この実施形態の光導波路モジュール１の構成を説明する。図１は、この実施形態の光導波路モジュール１を示す部分破断平面図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った光導波路モジュール１の断面図である。光導波路モジュール１の内部には、光導波路基板１０、補強基板２０および二つの光フェルール３０が収容されている。光導波路基板１０および光フェルール３０は、補強基板２０の上面に設置されている。二つの光フェルール３０は、光導波路基板１０の両側に配置されている。光導波路基板１０、補強基板２０および光フェルール３０は、モールド樹脂４４によって覆われている。
【００１８】
光導波路基板１０は、基板１１と、その基板１１内に埋め込まれた光導波路コア１２から構成されている。光導波路コア１２は、ほぼ正方形の断面を有する柱状体である。基板１１のうち光導波路コア１２の側面に接する部分は、光導波路コア１２よりも低い屈折率を有している。
【００１９】
光導波路基板１０の上面には、段差が設けられている。すなわち、基板１１は、高位部１１ａと、高位部１１ａの両側に隣接して配置された低位部１１ｂから構成されている。二つの低位部１１ｂは、基板１１の両端部に位置している。高位部１１ａおよび低位部１１ｂは、ともに平坦な上面を有している。これらの上面は、互いに略平行であり、ともに水平方向に延在している。高位部１１ａの上面は、低位部１１ｂの上面よりも高い。
【００２０】
光導波路コア１２は、一方の低位部１１ｂから他方の低位部１１ｂに向かって高位部１１ａを貫通するように延在している。光導波路コア１２の一端面は、低位部１１ｂと高位部１１ａとの境界において高位部１１ａの側面に位置している。
【００２１】
基板１１および光導波路コア１２は、ともに石英（ＳｉＯ_２）を主成分とするガラスから構成されている。石英基板上に石英系の光導波路を設けると、様々な光回路を自由に作製できるという利点が得られる。以下では、この理由を説明する。
【００２２】
ＡＷＧ（Ａｒｒａｙｅｄ　Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ　Ｇｒａｔｉｎｇ）に代表されるような光回路では、石英系光導波路を形成する基板の材質に応じた線膨張係数差が生じる。例えば、石英系光導波路を石英基板上に形成した場合、複屈折（ＴＥ偏波とＴＭ偏波の屈折率差）Ｂは１０^−５のオーダである。これに対して、石英系光導波路をシリコン（Ｓｉ）基板上に形成した場合、複屈折Ｂは１０^−４のオーダである。ＡＷＧの重要な特性として、ＴＥ偏波およびＴＭ偏波間の透過スペクトルの透過中心波長差（ＰＤλ）が挙げられる。ＰＤλとＢとは比例関係にあるため、シリコン基板を用いる方が石英基板を用いる場合よりもＰＤλが大きくなる。例えば、ＡＷＧの透過波長間隔を０．８ｎｍとすると、石英系光導波路を石英基板上に形成した場合、ＰＤλは０．０５ｎｍである。これに対して、石英系光導波路をシリコン基板上に形成した場合、ＰＤλは０．５ｎｍである。このように、石英系光導波路を石英基板上に形成すると透過中心波長差を抑えられるので、様々な光回路を作製しやすい。このような検討は、ＩＥＥＥ　ＰＨＯＴＯＮＩＣＳ　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　ＬＥＴＴＥＲＳ，　ＶＯＬ．　６，　ＮＯ．
５，　ＭＡＹ　１９９４　ｐｐ．６２６−６２８に記載されている。
【００２３】
補強基板２０は、その上面において光導波路基板１０と光フェルール３０を支持する。補強基板２０の上面には、段差が設けられている。すなわち、補強基板２０は、高位部２０ａと、高位部２０ａの両側に位置する低位部２０ｂから構成されている。高位部２０ａおよび低位部２０ｂは、ともに平坦な上面を有している。これらの上面は、互いに平行であり、ともに水平方向に延在している。高位部２０ａの上面は、低位部２０ｂの上面よりも高い。光導波路基板１０は、高位部２０ａの上面に設置されている。光フェルール３０は、低位部２０ｂの上面に設置されている。
【００２４】
補強基板２０は、光ファイバ３２と光導波路コア１２の光軸の高さを一致させるために設けられている。補強基板２０を使用せずに、基板１１に光フェルール３０設置用の段差を設けても、光ファイバ３２と光導波路コア１２の光軸を一致させることは可能である。しかし、基板１１に光フェルール設置部を設けると、基板１１の面積が大きくなる。これにより、一枚のウェーハから取れる光導波路基板１０のチップ数が減少し、歩留りの低下や製造コストの増加を招いてしまう。特に、光導波路基板１０の製造には多くの加工工数が必要となるので、この問題は顕著である。そこで、この実施形態では、光導波路基板１０とは別個に補強基板２０を用意することにした。補強基板２０は、平板に段差加工を施すだけで安価に製造できる。この結果、光導波路モジュール１の製造コストを低減できる。
【００２５】
補強基板２０は、基板１１と同じ材料（この実施形態では、石英）から構成されていることが好ましい。材料が同一だと、補強基板２０と基板１１との接触面で生じる線膨張係数差を抑えることができる。これに応じて、線膨張係数差によって生じる光導波路の応力複屈折も抑えられる。したがって、光導波路コア１２の伝送特性の温度依存性や偏波依存性を抑えられる。
【００２６】
光フェルール３０は、複数本の光ファイバ３２を収容している。これらの光ファイバ３２は、等間隔で並列に配置されている。これらの光ファイバ３２の先端部は、光フェルール３０の前端面３０ａから光導波路基板１０に向かって突出している。光ファイバ３２の先端部は、光導波路基板１０の上面で等間隔に並列配置される。光ファイバ３２の先端部は、平板状の押えガラス４０によって上から基板１１に向かって押圧されている。一方、光ファイバ３２の後端部は、光フェルールの後端面３０ｂの付近まで延在している。光フェルール３０のうち光ファイバ群の両側方に位置する部分には、２本のガイドピン３６が挿入されている。これらのガイドピン３６は、光フェルール３０を貫通している。ガイドピン３６の一方の端部は、光フェルール３０の後端面３０ｂから外側に突出している。
【００２７】
光フェルール３０は、好ましくは、プラスチック成形物である。この場合、光導波路モジュール１を安価に製造することができる。というのも、プラスチック成形物は、大量生産が可能だからである。
【００２８】
光ファイバ３２のコアと光導波路コア１２とは、位置合わせされている。つまり、互いに対向する光ファイバ３２の端部の光軸と光導波路コア１２の端部の光軸とは、実質的に一直線上に位置している。光ファイバ３２の端面と光導波路コア１２の端面とは、所定の距離をおいて対向している。
【００２９】
光ファイバ３２と光導波路コア１２の端面間の間隙は、屈折率整合材４２によって充填されている。屈折率整合材４２は、光ファイバ３２のコアおよび光導波路コア１２と実質的に等しい屈折率を有している。屈折率整合材４２は透光性である。光ファイバ３２と光導波路とは、屈折率整合材４２を介して光学的に結合されている。屈折率整合材４２は、光ファイバ３２の端面および光導波路コア１２の端面での光反射を低減する。また、屈折率整合材４２は、光ファイバ３２と光導波路コア１２の間を伝搬する光の結合損失を低減する役割を持つ。
【００３０】
屈折率整合材４２としては、シリコーン系の樹脂接着剤を使用することができる。シリコーン系の樹脂は、アクリル系の樹脂に比べて軟質である。例えば、シリコーン系紫外線硬化樹脂の硬度は、ショアＡ２０程度であるのに対し、アクリル系紫外線硬化樹脂の硬度は、ショアＡ１００程度である。軟質の材料を屈折率整合材４２として使用すると、光ファイバ３２に与えるストレスが少なくて済む。このため、光ファイバ３２の断線や、光ファイバ３２への外部応力により生じる損失の増加を防ぐことができる。
【００３１】
光ファイバ３２および光導波路基板１０は、ともにシングルモードである。光ファイバ３２および光導波路基板１０は、実質的に同一のモードフィールド径を有している。これは、光ファイバ３２および光導波路基板１０間の結合損失を抑えるためである。
【００３２】
光導波路基板１０、補強基板２０、光フェルール３０、および押えガラス４０は、モールド樹脂４４によって封止成形されている。光導波路モジュール１の表面は、モールド樹脂４４で覆われている。これにより、光導波路モジュール１の信頼性が高まる。モールド樹脂４４は、光導波路モジュール１内部への水分の侵入を防ぐ。これにより、屈折率整合材４２の付着力の劣化や屈折率の変化による信頼性の低下が防止される。ただし、光モジュール３０の後端面３０ｂは、モールド樹脂４４によって覆われることなく、露出している。これは、光コネクタなど他の光学部品を後端面３０ｂを介して光モジュール３０に接続するためである。
【００３３】
モールド樹脂４４は、封止材の一種である。封止材として樹脂を使用することにより、光導波路モジュール１を安価にパッケージングすることができる。モールド樹脂４４は、好ましくは、エポキシ系樹脂である。エポキシ系樹脂を使用すれば、光モジュール３０との密着性の良好な封止成形が可能である
以下では、図３および図４を参照しながら、光ファイバ３２の整列方法を説明する。ここで、図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った光導波路基板１０および光ファイバ３２の断面図である。図４は、光導波路基板１０上の光ファイバ３２の配置を示す斜視図である。図面の簡単のため、図３および図４では、屈折率整合材４２やモールド樹脂４４の図示が省略されている。また、図３には、高位部１１ａの側面および光導波路コア１２の端面が想像線で示されている。
【００３４】
図３および図４に示されるように、各光ファイバ３２は、一本の溝１４に配置されている。これらの溝１４は、低位部１１ｂの上面において等間隔に設置されている。溝１４は、光導波路コア１２の光軸の延長線８に沿って延在している。溝１４に光ファイバ３２が配置されると、光ファイバ３２が光導波路コア１２に対して調芯される。このため、光フェルール３０内で光ファイバ３２に多少の位置ズレがあっても、光ファイバ３２と光導波路コア１２とを適切に光学結合させることができる。光フェルール３０に高い精度は要求されないので、光導波路モジュール１は、安価に製造することができる。
【００３５】
溝１４の断面は、矩形状をしている。この実施形態では、溝１４の深さＤは２０μｍであり、溝１４の開口幅Ｗは８０μｍである。光導波路コア１２の下面から高位部１１ａの上面までの距離Ａは、３０μｍである。低位部１１ｂの上面から光導波路コア１２の下面までの距離Ｂは、２０μｍである。光ファイバ３２の光軸の間隔Ｃは、２５０μｍである。光ファイバ３２の外径Ｅは、１２５μｍである。
【００３６】
光ファイバ３２は、溝１４の二つのエッジ１４ａのみによって支持されている。溝１４の開口幅Ｗが光ファイバ３２の外径Ｅよりも小さいため、溝１４のエッジ１４ａのみが光ファイバ３２の側面に接触している。光ファイバ３２は、溝１４の底部には接触しない。このように、溝１４は、その底部や側面で光ファイバを支持する従来の光ファイバ整列用溝とは異なる。
【００３７】
図１および図２に示されるように、押えガラス４０は、光ファイバ３２が溝１４に倣うように、光ファイバ３２を上方から押圧する。光ファイバ３２が溝１４に押しつけられているので、光ファイバ３２が溝１４から外れにくい。これにより、光ファイバ３２と光導波路コア１２との間の結合損失が抑えられる。
【００３８】
図５は、光導波路モジュール１へのテープファイバ８０の取付けを示す平面図である。図５（ａ）に示されるように、デープファイバ８０は、光導波路モジュール１の光ファイバ３２と同数の光ファイバ８２を収容している。テープファイバ８０の先端には、硬質のコネクタ部８４が設けられている。コネクタ部８４内において光ファイバ８２の両側方には、ガイドピン孔８６が設けられている。ガイドピン３６の端部をガイドピン孔８６に挿入すると、光導波路モジュール１にテープファイバ８０が接続される（図５（ｂ））。このとき、光導波路モジュール１内の光ファイバ３２とテープファイバ８０内の光ファイバ８２とが光学的に接続される。したがって、一方のテープファイバ８０によって伝送された光を、光導波路モジュール１を介して、他方のテープファイバ８０へ伝送することができる。
【００３９】
以下では、図６〜図１２を参照して光導波路モジュール１の組立手順を説明する。ここで、図６〜図８および図１０〜図１２は、各組立工程での光導波路モジュール１を示す平面図である。また、図９は、光フェルール３０の構成を示す平面図である。
【００４０】
まず、光導波路基板１０を用意する（図６）。基板１１は、その低位部１１ｂに複数本の溝１４を有している。光導波路コア１２は、高位部１１ａ中を延在している。一本の光導波路コア１２の両端面に、それぞれ溝１４が一本ずつ対向している。各溝１４は、光導波路コア１２の光軸の延長線８に沿って延びている。
【００４１】
ここで、図１３〜図１９を参照しながら、光導波路基板１０の製造方法を説明する。図１３〜図１９は、光導波路基板１０の製造工程を示す平面図、正面図および側面図である。
【００４２】
まず、基体７１を用意する（図１３）。基体７１は、石英ガラス製の平板である。基体７１は、複数本の光導波路コア１２を有している。これらの光導波路コア１２は、等間隔で互いに平行に並列配置された直線導波路である。光導波路コア１２は、基体７１と同様に、石英ガラスから構成されている。光導波路コア１２の屈折率は、基体７１のうち光導波路コア１２の側面に付着している部分の屈折率よりも高い。つまり、光導波路コア１２とその周囲の部分は、それぞれコアとクラッドに当たる。
【００４３】
次に、基体７１の上面に一定の厚さのレジスト層５０を設ける（図１４）。レジスト層５０は、基体７１の上面全体を覆う。
【００４４】
次いで、基体７１の両端部７１ｂにおいてレジスト層５０に複数本の溝５２を形成する（図１５）。溝５２は、フォトリソグラフィ技術を用いて形成される。一本の光導波路の両端部１２ｂの上方に、それぞれ溝５２が一本ずつ配置される。溝５２は、光導波路の中間部１２ａの光軸の延長線に沿って形成される。ここで、中間部１２ａは、光導波路コア１２のうち基体の端部７１ｂの手前に位置する部分、すなわち基体の中間部７１ｂに位置する部分を指す。この実施形態では、光導波路コア１２が直線導波路なので、溝５２は、光導波路の端部１２ｂの光軸に沿って延びている。光導波路コア１２は、溝５２の中央部の直下に位置している。
【００４５】
次に、レジスト層５０をマスクとするドライエッチング加工によって基体７１の上面に複数本の溝１３を形成し、その後、レジスト層５０を除去する（図１６）。このドライエッチングは、基体７１を垂直方向に削る。このため、溝１３は、矩形状の横断面を有している。具体的には、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を使用する。ＲＩＥは、石英製の基体７１を垂直方向に削るのに適している。
【００４６】
溝１３は、光導波路基板１０の溝１４とほぼ同一の寸法および形状を有している。溝１３の幅および深さは、光導波路基板１０の溝１４と実質的に同一である。したがって、溝１３の幅は、光ファイバ３２の外径よりも小さい。また、溝１３は、光ファイバ３２を溝１３に配置したときに光ファイバ３２の側面が溝１３の底部に接触しない程度の深さを有している。
【００４７】
溝１３の２次元的な位置は、レジスト層５０の溝５２に対応している。溝１３は、基体７１の両端部７１ｂの上面に設けられる。溝１３は、基板１１ａの中間部７１ａまでは延在しない。一本の光導波路の両端部１２ｂの上方に、それぞれ溝１３が一本ずつ配置されている。溝１３は、光導波路の中間部１２ａの光軸の延長線に沿って延在している。光導波路コア１２は、溝１３の中央部の直下に位置している。
【００４８】
続いて、中間部７１ａの上面に一定の厚さのレジスト層５４を設ける（図１７）。端部７１ｂの上面および溝１３には、レジスト層が被着されず、露出したままとされる。レジスト層５４は、フォトリソグラフィ技術を用いて形成される。
【００４９】
次に、レジスト層５４をマスクとするドライエッチング加工によって、基体の両端部７１ｂを垂直方向に所定の厚さだけ除去し、その後、レジスト層５４を除去する（図１８）。具体的には、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を行う。ＲＩＥにより、基体の両端部７１ｂの上面部分が一定の厚さだけ除去される。これにより、両端部７１ｂの上面は、中間部７１ａの上面よりも一定の距離だけ低くなる。この結果、基体７１の上面に段差が形成される。中間部７１ａの上面は、端部７１ｂの上面よりも高い。したがって、中間部７１ａは高位部であり、端部７１ｂは低位部である。
【００５０】
両端部７１ｂの上面には、溝１３に対応する溝１４が残る。また、エッチングにより、光導波路の両端部１２ｂが除去される。図１８の符号８は、光導波路コア１２の光軸の延長線を示している。延長線８は、光導波路コア１２の端面から光軸方向に沿って光導波路コア１２の外側に延びる直線である。溝１４は、延長線８の下方において延長線８に沿って延在している。延長線８は、溝１４の中央部の直上に位置している。溝１４の間隔は、光導波路コア１２の間隔と等しい。
【００５１】
この後、基体７１の上面に等方性エッチングを施すと、光導波路基板１０が得られる（図１９）。基体７１は基板１１に該当し、中間部７１ａは高位部１１ａに該当し、端部７１ｂは低位部１１ｂに該当する。エッチャントとしては、バッファド沸酸（ＢＨＦ）を使用することができる。等方性エッチングにより、溝のエッジ１４ａがわずかに鈍る、すなわち丸みを帯びる。光ファイバ３２は溝のエッジ１４ａによって支持されるため、エッジ１４ａがあまりに鋭利だと、光ファイバ３２が断線するおそれがある。このため、この実施形態では、エッジ１４ａに丸みを付けて、光ファイバ３２の断線を防止している。
【００５２】
この製造方法で使用する反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）は、基体７１が切り出される石英ウェーハの全面に施すことができる。ＲＩＥは、光導波路コア１２の形成にも使用することができる。複数の基体７１を含むウェーハにＲＩＥを用いて光導波路コア１２および溝１４を一括形成した後、複数の基体７１を切り出せば、光導波路基板１０を効率良く安価に製造できる。
【００５３】
このようにして光導波路基板１０を製造した後、光導波路基板１０を補強基板２０の上面に載置し、固定する（図７）。光導波路基板１０は、補強基板の高位部２０ａの上面に設置される。
【００５４】
次に、補強基板の両端部２０ｂに光フェルール３０を載置し、固定する（図８）。このとき、光ファイバ３２は、溝１４に配置され、そのエッジ１４ａによって支持される。光ファイバ３２のコアの端面と光導波路コア１２の端面との間には、間隙９０が形成される。
【００５５】
図９に示されるように、光フェルール３０は、複数本の光ファイバ３２と、光コネクタ嵌合用のガイドピン３６を収容している。光ファイバ３２の先端部は、光フェルールの先端面３０ａから突出している。ガイドピン３６は、貫通孔３４に挿入される。図１に示されるように、ガイドピン３６の一方の端部は、フェルール３０の後端面３０ｂから突出している。
【００５６】
図２に示されるように、光フェルールの前端面３０ａは、補強基板の高位部２０ａの側面に突き当てられる。また、光フェルール３０の下面は、低位部２０ｂの上面に接する。補強基板の低位部２０ｂは、光フェルール３０が低位部２０ｂに載置されると光ファイバ３２の先端部が溝のエッジ１４ａと接触するような高さを有している。また、低位部２０ｂは、光フェルール３０が低位部２０ｂに載置されると光ファイバ３２のコアの端面と光導波路の端面との間に上記の間隙９０が生じるような長さを有している。
【００５７】
次いで、押えガラス４０を光ファイバ３２の上に置き、光ファイバ３２を押さえる（図１０）。これにより、光ファイバ３２が溝１４から外れることを防ぎ、光ファイバ３２を溝１４に正確に位置決めすることができる。
【００５８】
続いて、高位部１１ａと低位部１１ｂの境界部分に屈折率整合材４２を塗布する（図１１）。これにより、光ファイバ３２と光導波路コア１２の端面間の間隙９０に屈折率整合材４２が充填される。
【００５９】
次に、補強基板２０の表面をモールド樹脂４４で被覆する（図１２）。これにより、光導波路基板１０、補強基板２０、光フェルール３０および押えガラス４０がモールド一体化され、光導波路モジュール１が得られる。モールド樹脂４４は、光フェルールの後端面３０ｂは被覆しない。光フェルールの後端面３０ｂの付近には、光ファイバ３２の端面が露出する。この露出端面を介して、光ファイバ３２を別の光ファイバまたはその他の光学部品に光学的に接続することができる。
【００６０】
以下では、この実施形態の利点を説明する。光導波路モジュール１は、主に三つの利点を有している。
【００６１】
第１に、光ファイバ３２と光導波路コア１２との間で光軸ズレが生じにくい。これは、溝１４が、そのエッジ１４ａで光ファイバ３２を支持するからである。溝１４の内部に光ファイバ３２を収容しないので、溝１４の内面と光ファイバ３２との間にクリアランスを必要としない。このため、光軸ズレが生じにくい。
【００６２】
第２に、石英基板１１への溝１４の形成が容易である。これも、溝１４が、そのエッジ１４ａで光ファイバ３２を支持することに起因する。Ｖ溝のように溝の内面で光ファイバを支持しないので、溝１４の内面を基板１１の上面に対して傾斜させる必要がない。溝１４を形成するために石英基板１１を斜めに削る必要がないので、例えばエッチングにより、容易に十分な精度で溝１４を形成できる。
【００６３】
第３に、溝１４の寸法に対する精度要求が緩やかである。これも、溝１４が、そのエッジ１４ａで光ファイバ３２を支持するからである。溝１４は光ファイバ３２を内部に収容しないので、溝１４には、光ファイバ３２との嵌め合い性は要求されない。溝１４の精度として要求されるのは、光導波路コア１２との調芯性だけである。溝１４の開口幅が適切であれば、溝１４の深さには多少の誤差が許される。このため、光導波路モジュール１は、歩留り良く製造できる。これに対し、光ファイバを内部に収容する従来の溝は、その寸法に対する精度要求が厳しい。この溝は、光ファイバとの嵌め合い性とコア位置調整性（光軸調整性）の双方を満たす必要があるからである。この溝では、開口幅および深さの双方について、誤差はほとんど許されない。このため、この溝を採用する光導波路モジュールは、高い歩留りで製造することが難しい。
【００６４】
以上、本発明をその実施形態に基づいて詳細に説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。
【００６５】
上記実施形態では、溝１４の横断面の形状は、矩形である。しかし、本発明では、光ファイバ整列用の溝の横断面は、溝のエッジで光ファイバを支持できるものであれば、他の形状であってもよい。例えば、溝の横断面は、台形または逆台形であってもよい。ただし、石英基板に溝を形成するときは、その加工容易性から、矩形状が最も適している。
【００６６】
上記実施形態では、溝１４を形成するため、基体端部７１ｂの上面に仮の溝１３を形成してから基体端部７１ｂの上面部分を一定の厚さだけ除去する。しかし、基体端部７１ｂの上面部分を一定の厚さだけ除去してから、溝１４を形成しても良い。基体端部７１ｂの上面部分をある程度の厚さだけ除去すると、光導波路コアの中間部１２ａの端面が露出する。この後、中間部１２ｂの光軸の延長線に沿って溝１４を形成すれば、上記実施形態と同じ光導波路基板を製造できる。
【００６７】
【発明の効果】
この発明の光導波路モジュールは、そのエッジで光ファイバを支持する溝を用いて光ファイバを整列する。溝の内面と光ファイバとの間にクリアランスを必要としないので、光ファイバと光導波路コアとの間で光軸ズレが生じにくい。また、溝の内面を基板上面に対して傾斜させる必要もないので、基板の材料が石英であっても容易に溝を形成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態に係る光導波路モジュール１の部分破断平面図である。
【図２】光導波路モジュール１の側断面図である。
【図３】光導波路基板１０および光ファイバ３２の横断面図である。
【図４】光導波路基板１０および光ファイバ３２の斜視図である。
【図５】光導波路モジュール１へのテープファイバ８０の取付けを示す平面図である。
【図６】光導波路モジュール１の組立工程を示す平面図である。
【図７】光導波路モジュール１の組立工程を示す平面図である。
【図８】光導波路モジュール１の組立工程を示す平面図である。
【図９】フェルール３０の構成を示す平面図である。
【図１０】光導波路モジュール１の組立工程を示す平面図である。
【図１１】光導波路モジュール１の組立工程を示す平面図である。
【図１２】光導波路モジュール１の組立工程を示す平面図である。
【図１３】光導波路基板１０の製造工程を示す平面図および正面図である。
【図１４】光導波路基板１０の製造工程を示す平面図および正面図である。
【図１５】光導波路基板１０の製造工程を示す平面図および正面図である。
【図１６】光導波路基板１０の製造工程を示す平面図および正面図である。
【図１７】光導波路基板１０の製造工程を示す平面図、正面図および側面図である。
【図１８】光導波路基板１０の製造工程を示す平面図、正面図および側面図である。
【図１９】光導波路基板１０の製造工程を示す正面図である。
【符号の説明】
１…光導波路モジュール、１０…光導波路基板、１１…基体、１２…光導波路コア、１４…光ファイバ整列用の溝、１４ａ…エッジ部、２０…支持部材としての補強基板、３０…光フェルール、３２…光ファイバ、４０…押えガラス、４２…屈折率整合材、４４…封止材としてのモールド樹脂。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical waveguide module.
[0002]
[Prior art]
An optical waveguide module is a device in which an optical waveguide substrate (also referred to as a “planar optical waveguide (PLC)”) and an optical fiber are optically connected and integrated. The optical waveguide substrate is usually manufactured by providing an optical waveguide core on the substrate. The optical waveguide core and the optical fiber are aligned, that is, aligned so that their optical axes coincide with each other.
[0003]
In order to obtain a low-loss optical waveguide module, it is important to align the optical waveguide core with the optical fiber. In JP-A-61-55616 and JP-A-62-17711, a groove aligned with an optical waveguide core is provided at an end of a substrate, and an optical fiber is accommodated in the groove. And the optical waveguide core.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
When the optical fiber is accommodated in the groove, a clearance is required between the inner surface of the groove and the optical fiber to allow the optical fiber to be inserted. However, this clearance also causes deterioration of the fixed position accuracy of the optical fiber. Because of the clearance, the position of the optical fiber tends to change inside the groove. This causes an optical axis shift between the optical fiber and the optical waveguide core.
[0005]
JP-A-63-311212 discloses a technique for supporting an optical fiber on the side surface of a V-groove. Since the optical fiber is not housed inside the groove, there is no need to provide a clearance between the inner surface of the V-groove and the optical fiber.
[0006]
However, the V-groove has a drawback that it is difficult to form it on a quartz substrate. If the substrate is made of silicon, V grooves can be formed relatively easily by performing anisotropic etching along the silicon crystal plane. However, this technique cannot be used when the substrate is made of quartz. In machining, it is difficult to align the V-groove with the optical waveguide core so as to obtain a sufficiently low loss.
[0007]
In recent years, it has been considered that quartz is more preferable than silicon as a material of a substrate on which a quartz-based optical waveguide core is provided. This is to suppress temperature characteristics (particularly, polarization dependence) of the optical waveguide core caused by birefringence. For this reason, there is a demand for a groove for aligning an optical fiber suitable for formation on a quartz substrate.
[0008]
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an optical waveguide module with an optical fiber alignment groove which is less likely to cause an optical axis deviation between an optical fiber and an optical waveguide core and which is suitable for formation on a quartz substrate.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
An optical waveguide module according to the present invention includes an optical waveguide substrate and an optical fiber. The optical waveguide substrate has an optical waveguide core and a substrate that supports the optical waveguide core. The number of optical waveguide cores may be one or plural. The substrate has a lower portion located at an edge of the substrate and a higher portion adjacent to the lower portion. One end surface of the optical waveguide core is located on the side surface of the high-order portion at the boundary between the low-order portion and the high-order portion. A groove extending along an extension of the optical axis of the optical waveguide core is provided on the upper surface of the lower portion. This groove may be a single groove or a plurality of grooves. One end of the optical fiber is arranged in this groove. The end face of the core of the optical fiber is opposed to the end face of the optical waveguide core located on the side surface of the higher part. The opening width of the groove is smaller than the outer diameter of the optical fiber. The one end of the optical fiber is supported by the edge of the groove.
[0010]
The groove supports the optical fiber at its edge. Since no optical fiber is accommodated in the groove, no clearance is required between the inner surface of the groove and the optical fiber. For this reason, an optical axis shift is unlikely to occur between the optical fiber and the optical waveguide core. Further, since it is not necessary to support the optical fiber on the side surface of the groove, it is not necessary to tilt the inner surface of the groove with respect to the upper surface of the substrate. Therefore, even if the material of the substrate is quartz, grooves can be easily formed by etching or the like.
[0011]
The optical waveguide module of the present invention may further include an optical ferrule accommodating the optical fiber, and a support member supporting the optical ferrule and the optical waveguide substrate. The support member may have a low portion located at an end of the support member and a high portion adjacent to the low portion. In this case, the optical waveguide substrate is arranged at a higher position of the support member. Further, the optical ferrule is disposed at a lower portion of the support member. The optical ferrule may have first and second end faces. In this case, the one end of the optical fiber may extend from the first end face of the optical ferrule to the groove. Further, the other end of the optical fiber may extend to near the second end face of the optical ferrule.
[0012]
By using the support member, it is not necessary to provide an area for installing the optical ferrule on the optical waveguide substrate. Thereby, the area of the optical waveguide substrate can be suppressed. The support member can be manufactured at low cost by step processing. Therefore, the manufacturing cost of the optical waveguide module can be reduced.
[0013]
In the first aspect of the method for manufacturing an optical waveguide substrate according to the present invention, a substrate having an optical waveguide core embedded therein is prepared. The optical waveguide core extends to one end of the substrate. A groove is formed on the upper surface of the substrate end. The groove extends along an extension of the optical axis of a portion of the optical waveguide core located before the substrate end. Thereafter, the upper surface portion of the region including the groove in the end portion of the substrate is removed by a certain thickness. As a result, the end face of the portion of the optical waveguide core located just before the end of the substrate is exposed.
[0014]
In the first aspect of the method for manufacturing an optical waveguide substrate according to the present invention, a substrate having an optical waveguide core embedded therein is prepared. The optical waveguide core extends to one end of the substrate. The upper surface portion of the substrate end is removed by a certain thickness. As a result, the end face of the portion of the optical waveguide core located just before the end of the substrate is exposed. Thereafter, a groove is formed on the upper surface of the substrate end. The groove extends along an extension of the optical axis of a portion of the optical waveguide core located before the substrate end.
[0015]
According to the method of the first or second aspect, the groove for aligning the optical fiber that supports the optical fiber at the edge portion can be formed in the substrate. The optical waveguide substrate used in the optical waveguide module of the present invention can be manufactured by this method.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements will be denoted by the same reference symbols, without redundant description. In addition, for convenience of illustration, the dimensional ratios in the drawings do not always match those described.
[0017]
The configuration of the optical waveguide module 1 of this embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a partially broken plan view showing an optical waveguide module 1 of this embodiment. FIG. 2 is a cross-sectional view of the optical waveguide module 1 along the line II-II in FIG. Inside the optical waveguide module 1, an optical waveguide substrate 10, a reinforcing substrate 20, and two optical ferrules 30 are accommodated. The optical waveguide substrate 10 and the optical ferrule 30 are provided on the upper surface of the reinforcing substrate 20. The two optical ferrules 30 are arranged on both sides of the optical waveguide substrate 10. The optical waveguide substrate 10, the reinforcing substrate 20, and the optical ferrule 30 are covered with a mold resin 44.
[0018]
The optical waveguide substrate 10 includes a substrate 11 and an optical waveguide core 12 embedded in the substrate 11. The optical waveguide core 12 is a columnar body having a substantially square cross section. The portion of the substrate 11 that is in contact with the side surface of the optical waveguide core 12 has a lower refractive index than the optical waveguide core 12.
[0019]
A step is provided on the upper surface of the optical waveguide substrate 10. That is, the substrate 11 includes the high-order part 11a and the low-order part 11b arranged adjacent to both sides of the high-order part 11a. The two lower portions 11 b are located at both ends of the substrate 11. Both the high portion 11a and the low portion 11b have flat top surfaces. These upper surfaces are substantially parallel to each other and both extend in the horizontal direction. The upper surface of the high portion 11a is higher than the upper surface of the low portion 11b.
[0020]
The optical waveguide core 12 extends from one lower portion 11b to the other lower portion 11b so as to penetrate the higher portion 11a. One end surface of the optical waveguide core 12 is located on the side surface of the high-order part 11a at the boundary between the low-order part 11b and the high-order part 11a.
[0021]
The substrate 11 and the optical waveguide core 12 are both made of quartz (SiO ₂ ) As a main component. Providing a silica-based optical waveguide on a quartz substrate has an advantage that various optical circuits can be freely manufactured. Hereinafter, the reason will be described.
[0022]
In an optical circuit typified by AWG (Arrayed Waveguide Grating), a difference in linear expansion coefficient occurs according to the material of a substrate forming a quartz optical waveguide. For example, when a silica-based optical waveguide is formed on a quartz substrate, the birefringence (difference in refractive index between TE polarized light and TM polarized light) B is 10 ^-5 Of the order. On the other hand, when the quartz optical waveguide is formed on a silicon (Si) substrate, the birefringence B becomes 10 ^-4 Of the order. An important characteristic of the AWG is a transmission center wavelength difference (PDλ) of a transmission spectrum between the TE polarization and the TM polarization. Since PDλ and B are proportional, PDλ is larger when a silicon substrate is used than when a quartz substrate is used. For example, if the transmission wavelength interval of the AWG is 0.8 nm, the PDλ is 0.05 nm when the quartz optical waveguide is formed on a quartz substrate. On the other hand, when the quartz optical waveguide is formed on a silicon substrate, PDλ is 0.5 nm. As described above, when the quartz-based optical waveguide is formed on the quartz substrate, the transmission center wavelength difference can be suppressed, so that various optical circuits can be easily manufactured. Such a study is described in IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, VOL. 6, NO.
5, MAY 1994 pp. 626-628.
[0023]
The reinforcing substrate 20 supports the optical waveguide substrate 10 and the optical ferrule 30 on the upper surface. A step is provided on the upper surface of the reinforcing substrate 20. That is, the reinforcing substrate 20 is composed of the high portion 20a and the low portions 20b located on both sides of the high portion 20a. Both the high portion 20a and the low portion 20b have flat upper surfaces. These upper surfaces are parallel to each other and both extend in the horizontal direction. The upper surface of the high portion 20a is higher than the upper surface of the low portion 20b. The optical waveguide substrate 10 is provided on the upper surface of the high-order part 20a. The optical ferrule 30 is provided on the upper surface of the lower portion 20b.
[0024]
The reinforcing substrate 20 is provided to make the heights of the optical axes of the optical fiber 32 and the optical waveguide core 12 coincide. Even if a step for setting the optical ferrule 30 is provided on the substrate 11 without using the reinforcing substrate 20, the optical axes of the optical fiber 32 and the optical waveguide core 12 can be matched. However, when the optical ferrule installation portion is provided on the substrate 11, the area of the substrate 11 increases. As a result, the number of chips of the optical waveguide substrate 10 that can be obtained from one wafer is reduced, which causes a decrease in yield and an increase in manufacturing cost. In particular, since the manufacturing of the optical waveguide substrate 10 requires many processing steps, this problem is remarkable. Therefore, in this embodiment, the reinforcing substrate 20 is prepared separately from the optical waveguide substrate 10. The reinforcing substrate 20 can be manufactured at low cost only by performing step processing on a flat plate. As a result, the manufacturing cost of the optical waveguide module 1 can be reduced.
[0025]
The reinforcing substrate 20 is preferably made of the same material as the substrate 11 (quartz in this embodiment). If the materials are the same, the difference in linear expansion coefficient generated at the contact surface between the reinforcing substrate 20 and the substrate 11 can be suppressed. Accordingly, the stress birefringence of the optical waveguide caused by the difference in linear expansion coefficient is also suppressed. Therefore, the temperature dependence and the polarization dependence of the transmission characteristics of the optical waveguide core 12 can be suppressed.
[0026]
The optical ferrule 30 houses a plurality of optical fibers 32. These optical fibers 32 are arranged in parallel at equal intervals. The tips of these optical fibers 32 project from the front end face 30 a of the optical ferrule 30 toward the optical waveguide substrate 10. The distal ends of the optical fibers 32 are arranged in parallel on the upper surface of the optical waveguide substrate 10 at equal intervals. The distal end portion of the optical fiber 32 is pressed toward the substrate 11 from above by a flat pressing glass 40. On the other hand, the rear end of the optical fiber 32 extends to near the rear end face 30b of the optical ferrule. Two guide pins 36 are inserted into portions of the optical ferrule 30 located on both sides of the optical fiber group. These guide pins 36 pass through the optical ferrule 30. One end of the guide pin 36 projects outward from the rear end face 30b of the optical ferrule 30.
[0027]
The optical ferrule 30 is preferably a plastic molding. In this case, the optical waveguide module 1 can be manufactured at low cost. This is because plastic molded articles can be mass-produced.
[0028]
The core of the optical fiber 32 and the optical waveguide core 12 are aligned. That is, the optical axis of the end of the optical fiber 32 and the optical axis of the end of the optical waveguide core 12 that are opposed to each other are substantially aligned. The end face of the optical fiber 32 and the end face of the optical waveguide core 12 face each other at a predetermined distance.
[0029]
The gap between the optical fiber 32 and the end face of the optical waveguide core 12 is filled with a refractive index matching material 42. The refractive index matching member 42 has a refractive index substantially equal to the core of the optical fiber 32 and the optical waveguide core 12. The refractive index matching material 42 is translucent. The optical fiber 32 and the optical waveguide are optically coupled via a refractive index matching material 42. The refractive index matching material 42 reduces light reflection on the end face of the optical fiber 32 and the end face of the optical waveguide core 12. The refractive index matching member 42 has a role of reducing coupling loss of light propagating between the optical fiber 32 and the optical waveguide core 12.
[0030]
As the refractive index matching material 42, a silicone-based resin adhesive can be used. Silicone resin is softer than acrylic resin. For example, the hardness of a silicone ultraviolet curable resin is about Shore A20, while the hardness of an acrylic ultraviolet curable resin is about Shore A100. When a soft material is used as the refractive index matching member 42, less stress is applied to the optical fiber 32. For this reason, disconnection of the optical fiber 32 and an increase in loss caused by external stress on the optical fiber 32 can be prevented.
[0031]
The optical fiber 32 and the optical waveguide substrate 10 are both single mode. The optical fiber 32 and the optical waveguide substrate 10 have substantially the same mode field diameter. This is for suppressing the coupling loss between the optical fiber 32 and the optical waveguide substrate 10.
[0032]
The optical waveguide substrate 10, the reinforcing substrate 20, the optical ferrule 30, and the holding glass 40 are sealed and molded with a mold resin 44. The surface of the optical waveguide module 1 is covered with a mold resin 44. Thereby, the reliability of the optical waveguide module 1 is improved. The mold resin 44 prevents moisture from entering the inside of the optical waveguide module 1. As a result, it is possible to prevent the adhesive strength of the refractive index matching member 42 from deteriorating and the reliability from being lowered due to a change in the refractive index. However, the rear end face 30b of the optical module 30 is exposed without being covered by the mold resin 44. This is for connecting another optical component such as an optical connector to the optical module 30 via the rear end face 30b.
[0033]
The mold resin 44 is a kind of sealing material. By using a resin as the sealing material, the optical waveguide module 1 can be packaged at low cost. The mold resin 44 is preferably an epoxy resin. If an epoxy resin is used, it is possible to perform encapsulation with good adhesion to the optical module 30.
Hereinafter, a method of aligning the optical fibers 32 will be described with reference to FIGS. 3 and 4. Here, FIG. 3 is a cross-sectional view of the optical waveguide substrate 10 and the optical fiber 32 along the line III-III in FIG. FIG. 4 is a perspective view showing the arrangement of the optical fibers 32 on the optical waveguide substrate 10. 3 and 4, the illustration of the refractive index matching material 42 and the molding resin 44 is omitted in FIGS. In FIG. 3, the side surface of the high-order portion 11a and the end surface of the optical waveguide core 12 are shown by imaginary lines.
[0034]
As shown in FIGS. 3 and 4, each optical fiber 32 is arranged in one groove 14. These grooves 14 are provided at equal intervals on the upper surface of the lower portion 11b. The groove 14 extends along an extension 8 of the optical axis of the optical waveguide core 12. When the optical fiber 32 is arranged in the groove 14, the optical fiber 32 is aligned with respect to the optical waveguide core 12. Therefore, even if the optical fiber 32 is slightly misaligned in the optical ferrule 30, the optical fiber 32 and the optical waveguide core 12 can be appropriately optically coupled. Since high precision is not required for the optical ferrule 30, the optical waveguide module 1 can be manufactured at low cost.
[0035]
The cross section of the groove 14 has a rectangular shape. In this embodiment, the depth D of the groove 14 is 20 μm, and the opening width W of the groove 14 is 80 μm. The distance A from the lower surface of the optical waveguide core 12 to the upper surface of the high-order portion 11a is 30 μm. The distance B from the upper surface of the lower portion 11b to the lower surface of the optical waveguide core 12 is 20 μm. The distance C between the optical axes of the optical fibers 32 is 250 μm. The outer diameter E of the optical fiber 32 is 125 μm.
[0036]
The optical fiber 32 is supported only by the two edges 14a of the groove 14. Since the opening width W of the groove 14 is smaller than the outer diameter E of the optical fiber 32, only the edge 14 a of the groove 14 is in contact with the side surface of the optical fiber 32. The optical fiber 32 does not contact the bottom of the groove 14. As described above, the groove 14 is different from the conventional optical fiber alignment groove that supports the optical fiber at the bottom and side surfaces.
[0037]
As shown in FIGS. 1 and 2, the holding glass 40 presses the optical fiber 32 from above so that the optical fiber 32 follows the groove 14. Since the optical fiber 32 is pressed into the groove 14, the optical fiber 32 does not easily come off the groove 14. Thereby, the coupling loss between the optical fiber 32 and the optical waveguide core 12 is suppressed.
[0038]
FIG. 5 is a plan view showing attachment of the tape fiber 80 to the optical waveguide module 1. As shown in FIG. 5A, the deep fiber 80 accommodates the same number of optical fibers 82 as the optical fibers 32 of the optical waveguide module 1. At the tip of the tape fiber 80, a hard connector 84 is provided. Guide pin holes 86 are provided on both sides of the optical fiber 82 in the connector portion 84. When the end of the guide pin 36 is inserted into the guide pin hole 86, the tape fiber 80 is connected to the optical waveguide module 1 (FIG. 5B). At this time, the optical fiber 32 in the optical waveguide module 1 and the optical fiber 82 in the tape fiber 80 are optically connected. Therefore, the light transmitted by one tape fiber 80 can be transmitted to the other tape fiber 80 via the optical waveguide module 1.
[0039]
Hereinafter, an assembly procedure of the optical waveguide module 1 will be described with reference to FIGS. Here, FIGS. 6 to 8 and FIGS. 10 to 12 are plan views showing the optical waveguide module 1 in each assembling process. FIG. 9 is a plan view showing the configuration of the optical ferrule 30.
[0040]
First, an optical waveguide substrate 10 is prepared (FIG. 6). The substrate 11 has a plurality of grooves 14 in its lower part 11b. The optical waveguide core 12 extends in the high-order portion 11a. Each of the grooves 14 faces one end of each of the optical waveguide cores 12. Each groove 14 extends along an extension 8 of the optical axis of the optical waveguide core 12.
[0041]
Here, a method of manufacturing the optical waveguide substrate 10 will be described with reference to FIGS. 13 to 19 are a plan view, a front view, and a side view showing a manufacturing process of the optical waveguide substrate 10.
[0042]
First, a base 71 is prepared (FIG. 13). The base 71 is a flat plate made of quartz glass. The base 71 has a plurality of optical waveguide cores 12. These optical waveguide cores 12 are linear waveguides arranged in parallel with each other at equal intervals. The optical waveguide core 12 is made of quartz glass, similarly to the base 71. The refractive index of the optical waveguide core 12 is higher than the refractive index of a portion of the base 71 attached to the side surface of the optical waveguide core 12. That is, the optical waveguide core 12 and its surrounding portion correspond to the core and the cladding, respectively.
[0043]
Next, a resist layer 50 having a constant thickness is provided on the upper surface of the base 71 (FIG. 14). The resist layer 50 covers the entire upper surface of the base 71.
[0044]
Next, a plurality of grooves 52 are formed in the resist layer 50 at both ends 71b of the base 71 (FIG. 15). The groove 52 is formed using a photolithography technique. One groove 52 is arranged above both ends 12b of one optical waveguide. The groove 52 is formed along an extension of the optical axis of the intermediate portion 12a of the optical waveguide. Here, the intermediate portion 12a refers to a portion of the optical waveguide core 12 located before the end portion 71b of the base, that is, a portion located at the intermediate portion 71b of the base. In this embodiment, since the optical waveguide core 12 is a straight waveguide, the groove 52 extends along the optical axis of the end 12b of the optical waveguide. The optical waveguide core 12 is located immediately below the center of the groove 52.
[0045]
Next, a plurality of grooves 13 are formed on the upper surface of the base 71 by dry etching using the resist layer 50 as a mask, and then the resist layer 50 is removed (FIG. 16). This dry etching cuts the base 71 in the vertical direction. For this reason, the groove 13 has a rectangular cross section. Specifically, reactive ion etching (RIE) is used. The RIE is suitable for cutting the quartz base 71 in the vertical direction.
[0046]
The groove 13 has substantially the same size and shape as the groove 14 of the optical waveguide substrate 10. The width and depth of the groove 13 are substantially the same as the groove 14 of the optical waveguide substrate 10. Therefore, the width of the groove 13 is smaller than the outer diameter of the optical fiber 32. The groove 13 has such a depth that the side surface of the optical fiber 32 does not contact the bottom of the groove 13 when the optical fiber 32 is disposed in the groove 13.
[0047]
The two-dimensional position of the groove 13 corresponds to the groove 52 of the resist layer 50. The grooves 13 are provided on the upper surfaces of both ends 71 b of the base 71. The groove 13 does not extend to the intermediate portion 71a of the substrate 11a. One groove 13 is arranged above both ends 12b of one optical waveguide. The groove 13 extends along an extension of the optical axis of the intermediate portion 12a of the optical waveguide. The optical waveguide core 12 is located immediately below the center of the groove 13.
[0048]
Subsequently, a resist layer 54 having a constant thickness is provided on the upper surface of the intermediate portion 71a (FIG. 17). The upper surface of the end portion 71b and the groove 13 are not covered with the resist layer, and are left exposed. The resist layer 54 is formed using a photolithography technique.
[0049]
Next, by dry etching using the resist layer 54 as a mask, both ends 71b of the base are removed by a predetermined thickness in the vertical direction, and then the resist layer 54 is removed (FIG. 18). Specifically, reactive ion etching (RIE) is performed. By RIE, the upper surface portions of both ends 71b of the base are removed by a certain thickness. Thereby, the upper surface of both ends 71b is lower than the upper surface of the intermediate portion 71a by a certain distance. As a result, a step is formed on the upper surface of the base 71. The upper surface of the intermediate portion 71a is higher than the upper surface of the end portion 71b. Therefore, the middle part 71a is a high part and the end part 71b is a low part.
[0050]
Grooves 14 corresponding to grooves 13 remain on the upper surfaces of both ends 71b. Further, both ends 12b of the optical waveguide are removed by etching. Reference numeral 8 in FIG. 18 indicates an extension of the optical axis of the optical waveguide core 12. The extension line 8 is a straight line extending from the end face of the optical waveguide core 12 to the outside of the optical waveguide core 12 along the optical axis direction. The groove 14 extends along the extension line 8 below the extension line 8. The extension line 8 is located immediately above the center of the groove 14. The interval between the grooves 14 is equal to the interval between the optical waveguide cores 12.
[0051]
Thereafter, when the isotropic etching is performed on the upper surface of the base 71, the optical waveguide substrate 10 is obtained (FIG. 19). The base 71 corresponds to the substrate 11, the middle portion 71a corresponds to the high portion 11a, and the end portion 71b corresponds to the low portion 11b. Buffered hydrofluoric acid (BHF) can be used as an etchant. Due to the isotropic etching, the edge 14a of the groove is slightly dull, that is, rounded. Since the optical fiber 32 is supported by the groove edge 14a, if the edge 14a is too sharp, the optical fiber 32 may be disconnected. For this reason, in this embodiment, the edge 14a is rounded to prevent the optical fiber 32 from breaking.
[0052]
The reactive ion etching (RIE) used in this manufacturing method can be applied to the entire surface of the quartz wafer from which the base 71 is cut. RIE can also be used to form the optical waveguide core 12. If the optical waveguide core 12 and the groove 14 are collectively formed on the wafer including the plurality of substrates 71 by using RIE, and then the plurality of substrates 71 are cut out, the optical waveguide substrate 10 can be efficiently and inexpensively manufactured.
[0053]
After manufacturing the optical waveguide substrate 10 in this manner, the optical waveguide substrate 10 is placed on the upper surface of the reinforcing substrate 20 and fixed (FIG. 7). The optical waveguide substrate 10 is installed on the upper surface of the high-order portion 20a of the reinforcing substrate.
[0054]
Next, the optical ferrule 30 is placed on both ends 20b of the reinforcing substrate and fixed (FIG. 8). At this time, the optical fiber 32 is disposed in the groove 14 and is supported by the edge 14a. A gap 90 is formed between the end face of the core of the optical fiber 32 and the end face of the optical waveguide core 12.
[0055]
As shown in FIG. 9, the optical ferrule 30 houses a plurality of optical fibers 32 and guide pins 36 for fitting an optical connector. The distal end of the optical fiber 32 projects from the distal end surface 30a of the optical ferrule. The guide pin 36 is inserted into the through hole 34. As shown in FIG. 1, one end of the guide pin 36 protrudes from the rear end face 30 b of the ferrule 30.
[0056]
As shown in FIG. 2, the front end surface 30a of the optical ferrule is abutted against the side surface of the high-level portion 20a of the reinforcing substrate. The lower surface of the optical ferrule 30 is in contact with the upper surface of the lower portion 20b. The lower portion 20b of the reinforcing substrate has a height such that when the optical ferrule 30 is placed on the lower portion 20b, the tip of the optical fiber 32 contacts the edge 14a of the groove. The lower portion 20b has such a length that when the optical ferrule 30 is placed on the lower portion 20b, the gap 90 is formed between the end face of the core of the optical fiber 32 and the end face of the optical waveguide. I have.
[0057]
Next, the holding glass 40 is placed on the optical fiber 32, and the optical fiber 32 is pressed (FIG. 10). This prevents the optical fiber 32 from coming off the groove 14 and allows the optical fiber 32 to be accurately positioned in the groove 14.
[0058]
Subsequently, a refractive index matching material 42 is applied to the boundary between the high-order part 11a and the low-order part 11b (FIG. 11). Thereby, the gap 90 between the optical fiber 32 and the end face of the optical waveguide core 12 is filled with the refractive index matching material 42.
[0059]
Next, the surface of the reinforcing substrate 20 is covered with the mold resin 44 (FIG. 12). As a result, the optical waveguide substrate 10, the reinforcing substrate 20, the optical ferrule 30, and the holding glass 40 are molded and integrated, and the optical waveguide module 1 is obtained. The mold resin 44 does not cover the rear end face 30b of the optical ferrule. The end face of the optical fiber 32 is exposed near the rear end face 30b of the optical ferrule. The optical fiber 32 can be optically connected to another optical fiber or other optical component via the exposed end face.
[0060]
Hereinafter, advantages of this embodiment will be described. The optical waveguide module 1 has three main advantages.
[0061]
First, an optical axis shift between the optical fiber 32 and the optical waveguide core 12 hardly occurs. This is because the groove 14 supports the optical fiber 32 at its edge 14a. Since the optical fiber 32 is not accommodated in the groove 14, no clearance is required between the inner surface of the groove 14 and the optical fiber 32. For this reason, optical axis shift is unlikely to occur.
[0062]
Second, it is easy to form the groove 14 in the quartz substrate 11. This is also due to the fact that the groove 14 supports the optical fiber 32 at its edge 14a. Since the optical fiber is not supported on the inner surface of the groove unlike the V groove, it is not necessary to incline the inner surface of the groove 14 with respect to the upper surface of the substrate 11. Since it is not necessary to diagonally cut the quartz substrate 11 to form the groove 14, the groove 14 can be easily formed with sufficient accuracy, for example, by etching.
[0063]
Third, accuracy requirements for the dimensions of the groove 14 are loose. This is also because the groove 14 supports the optical fiber 32 at its edge 14a. Since the groove 14 does not accommodate the optical fiber 32 therein, the groove 14 does not need to be fitted with the optical fiber 32. The only requirement for the precision of the groove 14 is alignment of the groove 14 with the optical waveguide core 12. If the opening width of the groove 14 is appropriate, a slight error is allowed in the depth of the groove 14. For this reason, the optical waveguide module 1 can be manufactured with a high yield. On the other hand, the conventional groove for accommodating the optical fiber therein has strict accuracy requirements for its dimensions. This is because this groove needs to satisfy both the fitting property to the optical fiber and the core position adjusting property (optical axis adjusting property). In this groove, little error is allowed in both the opening width and the depth. For this reason, it is difficult to manufacture an optical waveguide module employing this groove at a high yield.
[0064]
The present invention has been described in detail based on the embodiments. However, the present invention is not limited to the above embodiment. The present invention can be variously modified without departing from the gist thereof.
[0065]
In the above embodiment, the shape of the cross section of the groove 14 is rectangular. However, in the present invention, the cross section of the groove for aligning the optical fiber may have another shape as long as the optical fiber can be supported by the edge of the groove. For example, the cross section of the groove may be trapezoidal or inverted trapezoidal. However, when forming a groove in a quartz substrate, a rectangular shape is most suitable because of its ease of processing.
[0066]
In the above embodiment, in order to form the groove 14, the temporary groove 13 is formed on the upper surface of the base end 71b, and then the upper surface of the base end 71b is removed by a certain thickness. However, the groove 14 may be formed after the upper surface of the base end portion 71b is removed by a certain thickness. When the upper surface of the base end portion 71b is removed by a certain thickness, the end surface of the intermediate portion 12a of the optical waveguide core is exposed. Thereafter, if the groove 14 is formed along the extension of the optical axis of the intermediate portion 12b, the same optical waveguide substrate as in the above embodiment can be manufactured.
[0067]
【The invention's effect】
In the optical waveguide module according to the present invention, the optical fibers are aligned using the grooves that support the optical fibers at the edges. Since no clearance is required between the inner surface of the groove and the optical fiber, an optical axis shift is less likely to occur between the optical fiber and the optical waveguide core. Further, since the inner surface of the groove does not need to be inclined with respect to the upper surface of the substrate, the groove can be easily formed even if the material of the substrate is quartz.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partially broken plan view of an optical waveguide module 1 according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a side sectional view of the optical waveguide module 1.
FIG. 3 is a cross-sectional view of the optical waveguide substrate 10 and the optical fiber 32.
FIG. 4 is a perspective view of the optical waveguide substrate 10 and the optical fiber 32.
FIG. 5 is a plan view showing attachment of the tape fiber 80 to the optical waveguide module 1.
FIG. 6 is a plan view showing an assembly process of the optical waveguide module 1.
FIG. 7 is a plan view showing an assembling step of the optical waveguide module 1.
FIG. 8 is a plan view showing an assembling process of the optical waveguide module 1.
FIG. 9 is a plan view showing a configuration of a ferrule 30.
FIG. 10 is a plan view showing an assembling process of the optical waveguide module 1.
FIG. 11 is a plan view showing an assembly process of the optical waveguide module 1.
FIG. 12 is a plan view showing an assembling process of the optical waveguide module 1.
13A and 13B are a plan view and a front view showing a manufacturing process of the optical waveguide substrate 10.
14A and 14B are a plan view and a front view showing a manufacturing process of the optical waveguide substrate 10.
15A and 15B are a plan view and a front view showing a manufacturing process of the optical waveguide substrate 10.
16A and 16B are a plan view and a front view showing a manufacturing process of the optical waveguide substrate 10.
FIG. 17 is a plan view, a front view, and a side view showing a manufacturing process of the optical waveguide substrate 10.
FIG. 18 is a plan view, a front view, and a side view showing a manufacturing process of the optical waveguide substrate 10.
FIG. 19 is a front view illustrating a manufacturing process of the optical waveguide substrate 10.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Optical waveguide module, 10 ... Optical waveguide board, 11 ... Base, 12 ... Optical waveguide core, 14 ... Groove for aligning optical fibers, 14a ... Edge part, 20 ... Reinforcement substrate as a support member, 30 ... Optical ferrule, 32: Optical fiber, 40: Holding glass, 42: Refractive index matching material, 44: Mold resin as sealing material.

Claims

An optical waveguide module including an optical waveguide substrate and an optical fiber,
The optical waveguide substrate has an optical waveguide core and a substrate that supports the optical waveguide core,
The substrate has a low portion located at an end of the substrate, and a high portion adjacent to the low portion,
One end surface of the optical waveguide core is located on a side surface of the high-order portion at a boundary between the low-order portion and the high-order portion,
A groove extending along an extension of the optical axis of the optical waveguide core is provided on an upper surface of the lower portion,
One end of the optical fiber is disposed in the groove,
An end face of the core of the optical fiber is opposed to an end face of the optical waveguide core located on a side surface of the high-order portion,
The opening width of the groove is smaller than the outer diameter of the optical fiber,
The optical waveguide module, wherein the one end of the optical fiber is supported by an edge of the groove.

The groove has an opening width at which the optical axis of the optical fiber and the optical waveguide core substantially match when the optical fiber is disposed in the groove,
The optical waveguide module according to claim 1, wherein the groove has a depth such that the optical fiber does not contact the bottom of the groove.

The optical waveguide module according to claim 1, wherein a cross section of the groove is rectangular.

The optical waveguide module according to claim 1, wherein an edge of the groove is rounded.

The optical waveguide module according to claim 1, wherein the substrate is made of glass containing quartz as a main component.

The optical fiber core and the optical waveguide core have substantially the same refractive index,
Between the end face of the optical fiber core and the end face of the optical waveguide core facing each other, a refractive index matching material is filled,
The optical waveguide module according to claim 1, wherein the refractive index matching material has substantially the same refractive index as the core of the optical fiber and the optical waveguide core.

The optical waveguide module according to claim 6, wherein the refractive index matching material is a silicone-based resin.

2. The optical waveguide module according to claim 1, further comprising a holding member disposed on said one end of said optical fiber.

An optical ferrule housing the optical fiber,
A support member that supports the optical ferrule and the optical waveguide substrate,
The optical waveguide module according to claim 1, further comprising:
The support member has a lower portion located at an end of the support member, and a higher portion adjacent to the lower portion,
The optical waveguide substrate is disposed at a higher portion of the support member,
The optical ferrule is disposed at a lower portion of the support member,
The optical ferrule has first and second end faces,
The one end of the optical fiber extends from the first end face of the optical ferrule to the groove,
The optical waveguide module according to claim 1, wherein the other end of the optical fiber extends to near the second end face of the optical ferrule.

10. The lower part of the supporting member has a height such that the one end of the optical fiber contacts the edge of the groove when the optical ferrule is placed on the lower part. Optical waveguide module.

The optical ferrule is mounted on a lower portion of the support member such that the first end surface contacts a side surface of a higher portion of the support member,
The lower portion of the support member has a length such that a gap is formed between the end surface of the optical fiber core and the end surface of the optical waveguide core when the optical ferrule is placed on the lower portion. The optical waveguide module according to claim 9.

The optical waveguide module according to claim 9, wherein the support member is made of the same material as the substrate.

The optical waveguide substrate, the optical fiber, the optical ferrule and the support member are molded using a sealing material,
The optical waveguide module according to claim 9, wherein the second end surface of the ferrule is exposed.

14. The optical waveguide module according to claim 13, wherein the sealing material is an epoxy resin.

The optical fiber and the optical waveguide substrate are both single mode,
The optical waveguide module according to claim 1, wherein the optical fiber has a mode field diameter substantially the same as that of the optical waveguide substrate.

A first step of preparing a substrate having an optical waveguide core embedded therein, wherein the optical waveguide core extends to one end of the substrate;
A second step of forming a groove on the upper surface of the one end of the substrate, wherein the groove extends along an extension of the optical axis of a portion of the optical waveguide core located before the one end. A second step,
A third step of removing an upper surface portion of a region including the groove of the one end portion of the substrate by a predetermined thickness, and exposing an end surface of a portion of the optical waveguide core located in front of the one end portion. The manufacturing method of the optical waveguide board provided.

A first step of preparing a substrate having an optical waveguide core embedded therein, wherein the optical waveguide core extends to one end of the substrate;
A second step of removing an upper surface portion of the one end of the substrate by a certain thickness, and exposing an end surface of a portion of the optical waveguide core located before the one end,
A third step of forming a groove on the upper surface of the one end of the substrate, wherein the groove extends along an extension of the optical axis of a portion of the optical waveguide core located before the one end. A method for manufacturing an optical waveguide substrate, comprising:

18. The method of manufacturing an optical waveguide substrate according to claim 16, further comprising a fourth step of dulling the edge of the groove after the third step.

19. The method according to claim 18, wherein the fourth step is a step of performing isotropic etching on a region including the groove on the upper surface of the substrate.