JP2004109600A - Optical coupling device and manufacturing method therefor - Google Patents

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塚本 浩司
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a hybrid optical coupling device comprising a plurality of optical waveguides which has optical waveguides mounted by high-precision control of alignment in the height direction and to provide a manufacturing method therefor. <P>SOLUTION: A second optical waveguide to be optically coupled to a first optical waveguide mounted on a substrate is constituted of a plurality of layers having different linear expansion coefficients, and an end part of the second optical waveguide can be displaced to the substrate in the vertical direction. The end part of the second optical waveguide is displaced by heating, and the condition of optical coupling between the first optical waveguide and the second optical waveguide is monitored to perform alignment in the height direction with a high precision. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信の分野で使用される光部品を一つの基板上に複数個、実装する際の光部品間の光結合に関し、特に光結合損失が少ない光結合装置とその実装方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
インターネットの普及により高速・大容量のブロードバンドの需要が高まっており、中でも光信号により情報を伝達する光通信は、電波障害を受けず、無線通信のごとく空中に信号が発信されないため傍受されず、信頼性が高いので注目されている。従来、光通信の分野では、半導体レーザ、光学スイッチ、光変調器、光ファイバなどバルク型の光部品が使用されており、これらの光部品を機械的に可動するなど相互に光結合して、光信号を伝達する装置、システム、伝送線が構成されていた。バルク型は、波長依存性が少なく、比較的低損失という利点があるが、各光部品のサイズが大きいために、数千チャネル以上になると装置、システムが非常に大きくなる。さらに、各光部品を機械的に可動するなどの組立て、光軸調整の工程が煩雑であり、耐環境性などの信頼性に劣る、量産化に適していないため高価格であるという問題点がある。
【0003】
そこで、光導波路を用いて光部品を一つの基板に集積する光結合装置が提案されている。図3に、特願2001−40006号の光路を切り替えるタイプの光スイッチの例を示している。本例の光導波路型の光結合装置は、複数の光部品を10cm角程度の基板に形成、実装するなどして集積したものである。図3において、入射側光導波路部301、コリメート部302、入射側光偏光素子部303、共通光導波路304、出射側光偏光素子部305、集光部306、出射側光導波路部307の各部は、それぞれに光部品として、個別の機能を有している。さらに、これらを集積して、全体として光スイッチの機能を果たすものが、本例の光導波路型の光結合装置である。なお、複数の光部品を集積した本例の光導波路型の光結合装置を光モジュールと称する場合があるが、このような光モジュールを組み合わせてシステムを構成した場合も、光結合装置と捉えている。
光導波路型の光結合装置において、各光部品は、一つの基板に集積され、ほとんどが電気・光学的に動作するために機械的に可動する部分がなく、振動や熱変動の影響を受けにくい、環境に強い系を構成できるため、信頼性が高い。さらに、薄膜の光部品で構成されるため小型化に適しており、量産化が容易であるので、低価格で実現できるなどの特徴がある。
【0004】
ここで、光導波路には二種類あり、一つは光部品を同一基板に形成するモノリシック型であり、もう一つはそれぞれ個別に形成した光部品を同一基板に実装するハイブリッド型である。モノリシック型の光導波路は、各種の光部品をできるだけ同じ材料で構成するので、各層の厚さや水平方向の位置を高精度で制御して同一基板に形成できるため、光結合の高精度なアライメントが光部品を形成しながら実現できる。その反面、同一基板に形成するために、形成する温度条件や各層の材料などに制約があり、最適な光学的機能の実現が難しい。一方、ハイブリッド型の光導波路は、個々の光部品を個別に形成するために最適な光学的機能を備えることができる。
【0005】
しかしながら、ハイブリッド型の光導波路においては、それぞれの光部品を光結合する際のアライメントが必要であるため、その光結合部分での光結合損失をできる限り小さくする開発が重要視されている。
光導波路間のコアの位置ズレによる光結合損失は、図4に示したごとく、位置ズレ値の二乗となる。光結合損失をできる限り小さくするには、光導波路間のコアの位置を高精度でアライメントすることが要求される。光導波路はそのコア径が微小であり、特に、光通信で一般に使用されるシングルモード光導波路では、そのコア径が10μm程度であることが知られており(例えば非特許文献1参照)、サブミクロンのアライメント技術が必要となる。
【0006】
次に、光導波路のアライメント技術としては、パッシブなアライメント方法とアクティブなアライメント方法が知られている。
パッシブなアライメント方法として、例えば、光ファイバと半導体レーザチップを、マーカを用いてアライメントする実装方法や、はんだリフロー時の表面張力を利用したセルフアライメント方式が提案されている。
マーカを用いる方法は、実装する光部品と基板もしくは隣接する光部品にあらかじめアライメント用のマーカを形成しておき、光学装置でマーカをモニターしながら位置決めするものである。また、はんだリフローは、光部品と基板の所定位置にはんだボールを形成しておき、対向するはんだボールが接触するようにラフに配置してあっても、加熱してはんだを溶かすとリフロー時の表面張力によって光部品が動き、光部品と基板が自動的に位置決めできるセルフアライメント方式である。
しかしながら、これらの方法では、マーカ位置のアライメントのズレやはんだ量にバラツキが生じる場合がある。そのため、アライメント精度が十分でなく、安定して効率の良い光結合を得るのが困難であり、歩留まりが悪い、最終製品を全数検査する必要があるなどの問題がある。
【0007】
一方、アクティブなアライメント方法としては、マイクロメータを用いたアライメント機構が実用されている。
この方法は光結合効率をモニタしながら、マイクロメータを用いて光部品の位置を微動して、光結合効率が最も高くなるようにアライメントを行うため、高い光結合効率を得ることができる。
しかし、このアライメント機構を用いた方法は、光導波路周辺にマイクロメータのステージを配置する必要があるため、光学装置内の入り組んだ高集積部分の光導波路のアライメントは困難である。
また、アライメント箇所が多数ある場合、その箇所ごとにマイクロメータのステージを配置する必要があるため、手間がかかり、実装性が低いなどの問題がある。
【非特許文献1】
末田 正著「光エレクトロニクス入門」、丸善株式会社出版、
1998年12月、P78
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
従来のパッシブアライメント技術は、位置合わせするために複雑な機構を必要とせず簡便であるが、光部品内の光導波路を高精度に、安定して光結合することが困難であることが問題である。
また、従来のアクティブアライメント技術は、位置合わせするために複雑な機構が必要である。高集積部分のアライメントが困難であるため、小型光結合装置には不適であること、また生産性が低いことも問題である。
【0009】
そこで、本発明は、上記の課題を解決し、簡便にかつ安定して光導波路間の高さ方向の位置精度を高精度に制御し、実装した高集積な光結合装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の光結合装置では、単一の基板の上に、第一の光導波路を実装する。次に、第一の光導波路と対向して第二の光導波路を配置し、第二の光導波路の端部が変位できるように窪み部を基板に設ける。線膨張係数の異なる複数の層からなる第二の光導波路を第一の光導波路と対向して配置するとともに窪み部に第二の光導波路を固定するための樹脂を注入する。第一の光導波路と対向する第二の光導波路の端部を加熱して、その端部を変位させ、第一の光導波路と高い精度でアライメントを行ない、高い光結合効率で光結合させながら第二の光導波路を基板に固定して、実装することにより解決するものである。
【0011】
第二の光導波路の端部を加熱するには、その端部に、ヒーターを設ける、赤外線を照射するなどの方法が可能である。
【0012】
第一の光導波路と第二の光導波路との高い精度でのアライメントは、第一の光導波路に光を入射するとともに第二の光導波路の光出力を監視して、光結合効率が最高となるように光結合することにより解決することができる。
【0013】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。図1、2は、本発明による光結合装置7の模式断面図であり、図1は光結合のアライメント前の構成を示し、図2は光結合のアライメント後の構成を示している。
【0014】
図1において、本発明の基板は、高精度の光部品をその基板の上に配置するために、表面が平坦であることが好ましく、さらに、接着剤を硬化させるために紫外線が透過する石英基板3を用いた。石英基板3の上には、第一の光導波路1が実装される。この石英基板3には、第一の光導波路1に対向する第二の光導波路2の端部22が石英基板3に対し上下方向に変位できるように、窪み部31が設けられている。石英基板3上の第一の光導波路1と対向する位置に、第二の光導波路2が配置される。第二の光導波路2は、線膨張率の異なる複数の層で形成されている点に特徴があり、その端部22に加熱用のヒーター23が設けられている。
【0015】
図1の窪み部31には硬化性の接着剤32が注入され、図2のごとく接着剤32が充填された構成である。第一の光導波路1に対向する第二の光導波路2の端部22がアライメントされた位置で、接着剤32により第二の光導波路2を石英基板3基板に固定、実装したものが本発明による光結合装置7の構成である。
【0016】
ここで、第二の光導波路2として、線膨張率の異なる複数の層が得やすいポリマ製光導波路21を用いることが好ましい。
【0017】
さらに、硬化性の接着剤32として、第二の光導波路2の端部22を変位させる熱から独立して硬化、固定できるため、紫外線硬化性の接着剤32を用いることが好ましい。
【0018】
つぎに、本発明の光結合装置の製造方法について説明する。石英基板3の上に、第一の光導波路1を実装する。第一の光導波路1と対向する第二の光導波路2の端部22が変位できるように石英基板3に窪み部31を設ける。線膨張係数の異なる複数の層からなる第二の光導波路2を第一の光導波路1と対向して配置するとともに窪み部31に第二の光導波路2を固定するための硬化性の接着剤32を注入する。第一の光導波路1と対向する第二の光導波路2の端部22を加熱して、その端部22を変位させ、第一の光導波路1と高い精度でアライメントを行なう。高い光結合効率で光結合した状態で、石英基板3の裏面より紫外線6を照射して接着剤32を硬化させ、第二の光導波路2を石英基板3に固定して、実装することにより本発明の光結合装置7が実現される。
【0019】
第一の光導波路1と対向する第二の光導波路2の端部22を高い精度でアライメントを行なうには、第一の光導波路1より光を入射4して第二の光導波路2の端部22と異なる端部で出射光5を監視し、前記出射光5が最大になるよう制御することにより実現される。
【0020】
本発明の実施の形態について、さらに、詳細な形態および変形例等を説明する。
石英基板3の上に配置する第一の光導波路1と第二の光導波路2は、そのコア位置のズレ量が±2μm以下程度で配置されていることが望ましい。理由は、第一の光導波路1に入射光4を入れ、第二の光導波路2の出射光5をモニターするためである。これは、表面が平坦な石英基板3を使用すれば、容易に実現可能である。
【0021】
本発明の光結合装置7では、石英基板3に実装された第一の光導波路1に対して第二の光導波路2の端部22を上下方向に変位させてアライメントを行うもので、特にスラブ構造の光導波路の光結合に有効である。
ここで、スラブ構造の光導波路とは、光を伝達するための経路として特定のチャネルがないため、光が伝搬する経路の自由度が高く、他の光導波路との水平方向のアライメントが不要であり、垂直方向のアライメントだけを行えば、高効率な光結合ができるという特徴を有している。
【0022】
石英基板3基板の上に実装する第一の光導波路1は、スラブ構造の光導波路である。第一の光導波路1は、アンダークラッドを兼ねた石英板10、コア部12、オーバークラッド部13の順に構成され、石英板10の厚さは1mm、コア部12の厚さは10μm、オーバークラッド部13の厚さは18μmとした。ちなみに、アンダークラッドを兼ねた石英板10の屈折率は1.445、コア部12の屈折率は1.449、オーバークラッド部13の屈折率は1.445である。本発明では、第一の光導波路1を形成した状態では、オーバークラッド部13が最上層にあり、石英板10が最下層である。石英基板3に第一の光導波路1を実装する際には、第一の光導波路1の上下を逆転させ、オーバークラッド部13を最下層にして石英基板3に接するように実装する。
【0023】
つぎに、石英基板3に、第一の光導波路1と対向して配置する第二の光導波路2の端部22の変位を調節するために、石英基板3の水平面より下がった窪み部31を設ける。この窪み部31を形成する方法としては、微細な加工ができ、スムーズな加工表面が得られる、化学反応と物理作用を合わせた反応性イオンエッチングを使用した。
【0024】
石英基板3基板の上に実装する第二の光導波路2も、スラブ構造の光導波路である。第二の光導波路2は、基板のシリコン板20およびポリマ製光導波路21、加熱用のヒーター23で構成されている。ここで、ポリマ製光導波路21とは、光導波路部分をエポキシ系やポリイミド系のポリマ製の材料で構成したものの総称である。まず、シリコン板20の裏面にヒーター23を蒸着により設ける。シリコン板20の厚さは0.5mm、線膨張率は4ppm/℃、弾性率は10E12dyn/cm2である。また、ポリマ製光導波路21として、エポキシ系の光導波路形成用樹脂(NTT−AT製)を使用した。その線膨張率は40ppm/℃、弾性率は10E10dyn/cm2であり、ポリマ製光導波路21を構成するアンダークラッド部211として厚さ20μm、コア部212として厚さ10μm、オーバークラッド部213として厚さ20μmのエポキシ系の光導波路形成用樹脂(NTT−AT製)を積層する。ちなみに、アンダークラッド部211の屈折率は1.565、コア部212の屈折率は1.570、オーバークラッド部213の屈折率は1.565である。次に、200℃で熱硬化させると、第二の光導波路2となる。
【0025】
このような線膨張率の異なる材料が積層された構造体は、温度変化により、反りが生じる。
その反り量(変位量)は、各層の線膨張率、層厚、弾性率および温度変化量によって決まり、反り量の計算式が文献(S.Timoshenco, J.Opt.Amer.,11,No.23)に記述されている。
この計算式に従えば、適当な線膨張率、弾性率の材料、および適当な層厚、温度変化量を選択すれば、シングルモード光導波路のアライメントに必要な反り量(サブミクロンの変位量)を制御可能である。前述のシリコン板20、ポリマ製光導波路21を用いた場合の計算結果を図5に示した。図5において、200℃は熱硬化した状態での第二の光導波路2の反り量を示しており、その反り量は0μmであり、常温になると反り量が4μm強になることを示している。
つまり、第二の光導波路2を形成した状態では、シリコン板20の裏面のヒーター23が最下層で、オーバークラッド部213が最上層にあり、室温においてわずかながら凹状に反っている。石英基板3に第二の光導波路2を配置する際には、オーバークラッド部213を最下層にして石英基板3に接するよう上下反転して配置されるため、凸状となり、第二の光導波路2の端部22が窪み部31に入る。
【0026】
次いで、第二の光導波路2の端部22と石英基板3の間の窪み部31に接着剤32を充填する。
本発明では、接着剤32として硬化収縮量が少なく、紫外線照射により硬化する紫外線硬化型であるエポキシ系のNA4291(NTT−AT製)を使用した。
【0027】
本発明の光結合装置7は、このような積層構造からなる第二の光導波路2が、その端部22が上下方向に変位可能なように石英基板3上に配置してあり、温度変化に従って変位するものである。
温度変化は、第二の光導波路2の端部22周辺に設置したヒーター23で加熱することで制御することが可能である。
【0028】
最適なアライメントの位置の決定は、第一の光導波路1から第二の光導波路2の方向に伝搬された光のパワーをモニターし、最大となるようにする、いわゆるアクティブアライメント方式である。例えば、外部の光源から光ファイバ等で第一の光導波路1に入射光4を入れ、第二の光導波路2から出射光5をパワーメータで検出する。
【0029】
最適なアライメントの位置での固定は、端部22を最適な位置に変位させた状態を保持した上で、あらかじめ第二の光導波路2の端部22と石英基板3との窪み部31に充填しておいた接着剤32に対して、石英基板3の裏面から紫外線照射6して、接着剤32を硬化させることにより行う。
【0030】
本発明の実施の形態として、第一の光導波路1と第二の光導波路2について説明したが、複数の光部品を集積した光結合装置も、本発明の実施の形態を繰り返すことで実現できる。つまり、表面が平坦な石英基板を使用すれば、各光部品の間コア位置のズレ量が±2μm以下程度で基板上に配置できるので、各部品を仮配置した状態でも、光結合装置の出射光をモニターすることが可能であり、隣接する光部品間について最高の光結合効率を決定することができる。したがって、順次光結合しながら実装すれば、複数の光部品も最高の光結合効率で実装することが可能となる。
【0031】
ここで、基板上に配置しただけの状態では、第一の光導波路1と第二の光導波路2とでコア位置のズレ量が±2μm以上異なる場合には、基板にテラス、ペデスタルを設けたり、スペーサによりコア位置のズレ量を±2μm以下程度に調整しておくことが望ましい。
【0032】
窪み部31を形成する方法として、反応性イオンエッチングを用いた例を説明したが、他には、化学反応を利用したウェットエッチングやドライエッチング、物理作用で表面を削るイオンエッチング、サンドブラストなどがある。
【0033】
ここで、ポリマ製光導波路21には、エポキシ系やポリイミド系があり、種々の特徴を有する。光導波路を光が通過する際に、散乱、吸収されにくく透明性が高い。高い温度に晒されても変形が少なく、耐熱性がある。コア部とクラッド部の屈折率を微妙に制御して形成する必要があるが、添加剤による屈折率の制御が容易である。ここで、屈折率を調整するための添加剤が溶けやすく、相容性が高い。また、光導波路を構成する膜を形成する装置が簡便であり、成膜条件が厳しくなく、下地材料である石英板やシリコン板との濡れ性、密着性が良いなど成膜性が良い。本発明においては、これらの他に線膨張係数が大きくとれる点に着目した。このような種々の特徴を取捨選択できるため、設計の自由度が高くなり、高機能、高性能な光結合装置を実現するのに適した材料である。
【0034】
さらに、第二の光導波路2として、光導波路そのものが線膨張係数の異なる材料で構成されている場合について説明したが、本発明の変形例として、光部品そのものは熱変形し難い材料で構成されていても、赤外線によるバイメタル効果を発揮する基板に当該光部品を載置・実装すれば、本発明と同様の作用を生ずるため、高精度の光結合が行える。
【0035】
また、ヒーター23をあらかじめシリコン板20の裏面に蒸着して形成する方法で説明したが、ヒーター23はポリマ製光導波路21上にシリコン板20を形成した後、シリコン板20上に形成してもよい。また、ヒーター23の形成方法としては、スパッタリングやCVDを用いることも可能である。
【0036】
さらに、温度変化は、第二の光導波路2の端部22に設けたヒーター23で加熱する方法で説明したが、赤外線のような放射線を端部22に照射することで制御することが可能である。赤外線としては、レーザを採用することにより、微細な領域を加熱することが可能となり、集積度が高く、寸法が微細な光結合装置を実現するには好適である。
【0037】
本発明で使用する接着剤32の種類は、限定されないが、本発明においては、第二の光導波路2の端部22を加熱して変位を制御するため、熱による硬化が進みにくい材料が好ましい。とくに、熱とは独立して紫外線照射により硬化を制御でき、硬化収縮量が少ない、紫外線硬化型が望ましい。
紫外線硬化型樹脂としては、本発明の実施の形態を説明するのに使用したエポキシ系であるNTT−AT製AT4291の他に、エポキシ系ではNTT−AT製のAT9575、アクリル系ではNTT−AT製のAT6001およびAT6177などを使用できる。
【0038】
また、接着剤32は、第二の光導波路2の端部22を加熱して変位させる際に、円滑に変位するには、その粘度は100Ps以下が望ましい。
【0039】
また、最適なアライメントの位置の決定について、第一の光導波路1から第二の光導波路2の方向に伝搬する光のパワーをモニターする方法で説明したが、上記とは逆方向の第二の光導波路2から第一の光導波路1の方向に伝搬する光のパワーをモニタしても、同様の効果が得られる。
【0040】
なお、実装対象の光結合装置における該当部分の最高の光結合効率をあらかじめ調査しておき、所定の光結合効率が得られる状態を確認して、アライメントの位置を決定することが好ましい。
【0041】
(付記1) 基板上に実装された第一の光導波路と、前記第一の光導波路に光結合され前記基板上に実装される第二の光導波路とで構成される光結合装置であって、
前記第二の光導波路は線膨張率の異なる複数の層から構成され、かつ前記第二の光導波路が硬化性接着剤により固定されることにより、前記第一の光導波路の端部と前記第二の光導波路の端部とが互いに対向するように前記基板に実装されてなることを特徴とする光結合装置。
【0042】
(付記2) 前記第二の光導波路の端部に、温度を制御するヒーターを具備していることを特徴とする付記1に記載の光結合装置。
【0043】
(付記3) 前記第二の光導波路が、シリコン板上に配置されたポリマ製光導波路であることを特徴とする付記1に記載の光結合装置。
【0044】
(付記4) 前記硬化性接着剤が、紫外線硬化性の接着剤であることを特徴とする付記1に記載の光結合装置。
【0045】
(付記5) 基板上に第一の光導波路を実装する工程と、第二の光導波路を線膨張率の異なる複数の層で形成する工程と、前記第二の光導波路を前記基板上に配置する工程と、前記第二の光導波路の端部と前記基板との空隙に硬化性接着剤を充填する工程と、前記第一の光導波路と前記第二の光導波路との光結合のアライメント時には、前記第二の光導波路の端部の温度を制御して前記端部を変位させる工程と、前記端部を変位させた状態を保持したうえで前記接着剤を硬化させ、前記第二の光導波路を実装する工程を含むことを特徴とする光結合装置の製造方法。
【0046】
(付記6) 前記光結合のアライメント時に、前記第二の光導波路の前記端部を加熱して、前記端部の温度を制御することを特徴とする付記5に記載の光結合装置の製造方法。
【0047】
(付記7) 前記第二の光導波路の前記端部を加熱するために赤外線を使用して、前記端部の温度を制御することを特徴とする付記6に記載の光結合装置の製造方法。
【0048】
(付記8) 前記光結合のアライメント時に、前記第一の光導波路より光を入射して前記第二の光導波路の前記端部と異なる端部で光出力を監視し、前記光出力が最大になるように、前記端部の変位を制御することを特徴とする付記5に記載の光結合装置の製造方法。
【0049】
(付記9) 前記光出力が最大になるように、前記端部を変位させた状態を保持したうえで前記接着剤を硬化させるために、紫外線を照射する工程を含むことを特徴とする付記5に記載の光結合装置の製造方法。
【0050】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、従来のマイクロメータ等によるアクティブアライメント機構を使用することなく、簡便に、各種の光部品のアライメントが高精度で可能となるため、高集積化した光結合装置の実装が容易となり、高集積光結合装置の実現・普及に寄与するところが大きい。
【0051】
また、本発明によれば、光結合箇所が多い場合においても、特別なアライメント機構が不要なため、高価な実装設備を必要とせず、簡便に実装できるため、低いコストで、高い生産性を見込むことができる。
【0052】
また、光導波路の材料としてポリマを用いることにより、光導波路の設計条件の自由度が高くなるために、高機能、高性能な光結合装置を実現することが可能である。
【0053】
また、光導波路の端部を加熱するヒーターに代えて、赤外線を使用することにより、光導波路の形成工程が減少し、低いコストで、光結合装置を実現することが可能である。
【0054】
また、光導波路間の光結合のアライメント時に、一方の光導波路に光を入射し、他方の光導波路より出射した光を監視することにより、高効率な光得結合装置が実現できる。
【0055】
さらに、光導波路を基板に固定する際に、紫外線硬化型樹脂を使用することにより、本発明において光導波路の端部を変位させる加熱とは独立して、紫外線で硬化を制御できるため、高効率な光結合の状態が実現でき、高性能な光結合装置が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態の光結合装置における光結合のアライメント前の模式断面図である。
【図2】本発明の実施形態の光結合装置における光結合のアライメント後の模式断面図である。
【図3】複数の光部品を集積した光結合装置の例である。
【図4】ファイバ間ズレと光結合損失の関係の図である。
【図5】本発明の実施形態における第二の光導波路の反り量と温度の関係を示す計算結果のグラフである。
【符号の説明】
1 第一の光導波路
2 第二の光導波路
3 石英基板
4 入射光
5 出射光
6 紫外線
7 光結合装置
10 第一の光導波路1の石英板
12 第一の光導波路1のコア部
13 第一の光導波路1のオーバークラッド部
20 第二の光導波路2のシリコン板
21 第二の光導波路2のポリマ製光導波路
22 第二の光導波路2の端部
23 ヒーター
31 窪み部
32 接着剤
211 第二の光導波路2のアンダークラッド部
212 第二の光導波路2のコア部
213 第二の光導波路2のオーバークラッド部
301 入射側光導波路部
302 コリメート部
303 入射側光偏光素子部
304 共通光導波路
305 出射側光偏光素子部
306 集光部
307 出射側光導波路部
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to optical coupling between optical components when a plurality of optical components used in the field of optical communication are mounted on a single substrate, and more particularly to an optical coupling device with low optical coupling loss and a mounting method thereof. It is.
[0002]
[Prior art]
The demand for high-speed, large-capacity broadband is increasing due to the spread of the Internet.In particular, optical communication that transmits information by optical signals is not affected by radio interference, and is not intercepted because signals are not transmitted in the air like wireless communication, Attention is paid to its high reliability. Conventionally, in the field of optical communication, bulk-type optical components such as semiconductor lasers, optical switches, optical modulators, and optical fibers have been used, and these optical components are optically coupled to each other such as by mechanically moving. Devices, systems, and transmission lines for transmitting optical signals were configured. The bulk type has the advantages of low wavelength dependence and relatively low loss, but the size of each optical component is large, so that when the number of channels is several thousand or more, the device and system become very large. Furthermore, the steps of assembling and mechanically moving each optical component and adjusting the optical axis are complicated, have poor reliability such as environmental resistance, and are not suitable for mass production. is there.
[0003]
Therefore, an optical coupling device that integrates optical components on one substrate using an optical waveguide has been proposed. FIG. 3 shows an example of a type of optical switch for switching an optical path disclosed in Japanese Patent Application No. 2001-40006. The optical waveguide type optical coupling device of this example is one in which a plurality of optical components are formed and mounted on a substrate of about 10 cm square and integrated. In FIG. 3, each of an incident side optical waveguide section 301, a collimating section 302, an incident side optical polarization element section 303, a common optical waveguide 304, an exit side optical polarization element section 305, a condensing section 306, and an exit side optical waveguide section 307 is Each has an individual function as an optical component. Further, the optical waveguide type optical coupling device of the present example is a device in which these are integrated to fulfill the function of an optical switch as a whole. In addition, the optical waveguide type optical coupling device of the present example in which a plurality of optical components are integrated may be referred to as an optical module. However, even when a system is configured by combining such optical modules, it is regarded as an optical coupling device. I have.
In an optical waveguide type optical coupling device, each optical component is integrated on one substrate, and most of them are electrically and optically operated, so there is no mechanically movable part, and it is hardly affected by vibration and heat fluctuation. Because it can construct a system that is strong against the environment, its reliability is high. Furthermore, it is suitable for miniaturization because it is composed of thin-film optical components, and can be mass-produced easily, so that it can be realized at low cost.
[0004]
Here, there are two types of optical waveguides, one is a monolithic type in which optical components are formed on the same substrate, and the other is a hybrid type in which individually formed optical components are mounted on the same substrate. In the monolithic optical waveguide, various optical components are made of the same material as much as possible.Thus, the thickness of each layer and the horizontal position can be controlled with high precision and formed on the same substrate. It can be realized while forming optical components. On the other hand, since they are formed on the same substrate, there are restrictions on the temperature conditions to be formed, the materials of the respective layers, and the like, and it is difficult to realize an optimal optical function. On the other hand, the hybrid optical waveguide can have an optimal optical function for individually forming individual optical components.
[0005]
However, in the hybrid type optical waveguide, alignment at the time of optically coupling the respective optical components is required. Therefore, development for minimizing the optical coupling loss at the optical coupling portion is regarded as important.
The optical coupling loss due to the displacement of the core between the optical waveguides is the square of the displacement value as shown in FIG. In order to minimize the optical coupling loss as much as possible, it is necessary to align the positions of the cores between the optical waveguides with high precision. It is known that the core diameter of an optical waveguide is very small, and in particular, a single-mode optical waveguide generally used in optical communication has a core diameter of about 10 μm (for example, see Non-Patent Document 1). Micron alignment technology is required.
[0006]
Next, as an optical waveguide alignment technique, a passive alignment method and an active alignment method are known.
As a passive alignment method, for example, a mounting method of aligning an optical fiber and a semiconductor laser chip using a marker, and a self-alignment method using surface tension at the time of solder reflow have been proposed.
In the method using a marker, an alignment marker is formed in advance on an optical component to be mounted and a substrate or an adjacent optical component, and positioning is performed while monitoring the marker with an optical device. Also, in solder reflow, solder balls are formed at predetermined positions on the optical component and the board, and even if the solder balls are arranged roughly so that the opposing solder balls are in contact, when the solder is heated and melted, This is a self-alignment method in which the optical component moves by the surface tension and the optical component and the substrate can be automatically positioned.
However, in these methods, there are cases where the alignment of the marker positions is misaligned and the amount of solder varies. Therefore, alignment accuracy is not sufficient, it is difficult to obtain stable and efficient optical coupling, there are problems such as a low yield, and it is necessary to inspect all final products.
[0007]
On the other hand, as an active alignment method, an alignment mechanism using a micrometer has been put to practical use.
In this method, the position of the optical component is finely moved using a micrometer while monitoring the optical coupling efficiency, and alignment is performed so that the optical coupling efficiency becomes highest. Therefore, high optical coupling efficiency can be obtained.
However, in the method using this alignment mechanism, since it is necessary to arrange a micrometer stage around the optical waveguide, it is difficult to align the optical waveguide in a highly integrated portion in the optical device.
In addition, when there are many alignment locations, it is necessary to arrange a micrometer stage for each location, so that there is a problem that it is troublesome and the mountability is low.
[Non-patent document 1]
Tadashi Sueda, "Introduction to Optoelectronics," published by Maruzen Co., Ltd.
December 1998, P78
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
Conventional passive alignment technology is simple and does not require a complicated mechanism for positioning.However, it is difficult to stably optically couple optical waveguides in optical components with high accuracy. is there.
In addition, the conventional active alignment technique requires a complicated mechanism for positioning. Since alignment of a highly integrated portion is difficult, it is unsuitable for a small optical coupling device, and low productivity is also a problem.
[0009]
Therefore, the present invention solves the above-mentioned problems, and provides a highly integrated optical coupling device which is mounted easily and stably with high accuracy in controlling the positional accuracy in the height direction between optical waveguides, and a manufacturing method thereof. The purpose is to do.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, in the optical coupling device of the present invention, the first optical waveguide is mounted on a single substrate. Next, a second optical waveguide is disposed so as to face the first optical waveguide, and a recess is provided in the substrate so that an end of the second optical waveguide can be displaced. A second optical waveguide composed of a plurality of layers having different linear expansion coefficients is arranged so as to face the first optical waveguide, and a resin for fixing the second optical waveguide is injected into the recess. While heating the end of the second optical waveguide facing the first optical waveguide, displacing the end, performing alignment with the first optical waveguide with high accuracy, and optically coupling with high optical coupling efficiency The problem is solved by fixing and mounting the second optical waveguide on the substrate.
[0011]
In order to heat the end of the second optical waveguide, a method of providing a heater to the end or irradiating infrared light can be used.
[0012]
Alignment of the first optical waveguide and the second optical waveguide with high precision is achieved by injecting light into the first optical waveguide and monitoring the optical output of the second optical waveguide, and achieving the highest optical coupling efficiency. The problem can be solved by optically coupling as follows.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 and 2 are schematic cross-sectional views of an optical coupling device 7 according to the present invention. FIG. 1 shows a configuration before alignment of optical coupling, and FIG. 2 shows a configuration after alignment of optical coupling.
[0014]
In FIG. 1, the substrate of the present invention preferably has a flat surface in order to arrange a high-precision optical component on the substrate, and further has a quartz substrate through which ultraviolet rays are transmitted to cure the adhesive. 3 was used. The first optical waveguide 1 is mounted on the quartz substrate 3. The quartz substrate 3 is provided with a depression 31 so that the end 22 of the second optical waveguide 2 facing the first optical waveguide 1 can be displaced in the vertical direction with respect to the quartz substrate 3. The second optical waveguide 2 is arranged on the quartz substrate 3 at a position facing the first optical waveguide 1. The second optical waveguide 2 is characterized in that it is formed of a plurality of layers having different coefficients of linear expansion, and a heater 23 for heating is provided at an end 22 thereof.
[0015]
A curable adhesive 32 is injected into the depression 31 of FIG. 1 and is filled with the adhesive 32 as shown in FIG. The present invention is such that the second optical waveguide 2 is fixed and mounted on the quartz substrate 3 with an adhesive 32 at a position where the end 22 of the second optical waveguide 2 facing the first optical waveguide 1 is aligned. Is a configuration of the optical coupling device 7.
[0016]
Here, as the second optical waveguide 2, it is preferable to use a polymer optical waveguide 21 in which a plurality of layers having different linear expansion coefficients can be easily obtained.
[0017]
Furthermore, since the curable adhesive 32 can be cured and fixed independently of the heat for displacing the end 22 of the second optical waveguide 2, an ultraviolet curable adhesive 32 is preferably used.
[0018]
Next, a method for manufacturing the optical coupling device of the present invention will be described. The first optical waveguide 1 is mounted on the quartz substrate 3. A depression 31 is provided in the quartz substrate 3 so that the end 22 of the second optical waveguide 2 facing the first optical waveguide 1 can be displaced. A curable adhesive for arranging the second optical waveguide 2 composed of a plurality of layers having different linear expansion coefficients so as to face the first optical waveguide 1 and fixing the second optical waveguide 2 to the recess 31. Inject 32. The end 22 of the second optical waveguide 2 facing the first optical waveguide 1 is heated, the end 22 is displaced, and alignment with the first optical waveguide 1 is performed with high accuracy. In a state where the optical coupling is performed at a high optical coupling efficiency, the adhesive 32 is cured by irradiating ultraviolet rays 6 from the back surface of the quartz substrate 3, and the second optical waveguide 2 is fixed to the quartz substrate 3 and mounted. The optical coupling device 7 of the invention is realized.
[0019]
In order to align the end 22 of the second optical waveguide 2 facing the first optical waveguide 1 with high accuracy, light is incident 4 from the first optical waveguide 1 and the end of the second optical waveguide 2 is This is realized by monitoring the emitted light 5 at an end different from the portion 22 and controlling the emitted light 5 to be maximum.
[0020]
Embodiments of the present invention will be described in more detail with respect to detailed embodiments and modifications.
It is desirable that the first optical waveguide 1 and the second optical waveguide 2 arranged on the quartz substrate 3 are arranged such that the deviation of the core position is about ± 2 μm or less. The reason is that the incident light 4 enters the first optical waveguide 1 and the outgoing light 5 of the second optical waveguide 2 is monitored. This can be easily realized if a quartz substrate 3 having a flat surface is used.
[0021]
In the optical coupling device 7 of the present invention, alignment is performed by vertically displacing the end 22 of the second optical waveguide 2 with respect to the first optical waveguide 1 mounted on the quartz substrate 3, and in particular, a slab. It is effective for optical coupling of an optical waveguide having a structure.
Here, an optical waveguide having a slab structure has no specific channel as a path for transmitting light, and therefore has a high degree of freedom in a path through which light propagates, and does not require horizontal alignment with another optical waveguide. There is a feature that highly efficient optical coupling can be achieved by performing only vertical alignment.
[0022]
The first optical waveguide 1 mounted on the quartz substrate 3 is an optical waveguide having a slab structure. The first optical waveguide 1 is composed of a quartz plate 10 also serving as an under clad, a core portion 12, and an over clad portion 13. The thickness of the quartz plate 10 is 1 mm, the thickness of the core portion 12 is 10 μm, The thickness of the portion 13 was 18 μm. Incidentally, the refractive index of the quartz plate 10 also serving as the under cladding is 1.445, the refractive index of the core 12 is 1.449, and the refractive index of the over cladding 13 is 1.445. In the present invention, in a state where the first optical waveguide 1 is formed, the over clad portion 13 is on the uppermost layer, and the quartz plate 10 is on the lowermost layer. When mounting the first optical waveguide 1 on the quartz substrate 3, the first optical waveguide 1 is turned upside down so that the over clad portion 13 is the lowermost layer and is mounted so as to be in contact with the quartz substrate 3.
[0023]
Next, in order to adjust the displacement of the end 22 of the second optical waveguide 2 disposed opposite to the first optical waveguide 1, the depression 31 lower than the horizontal plane of the quartz substrate 3 is formed on the quartz substrate 3. Provide. As a method of forming the recessed portion 31, reactive ion etching that combines chemical reaction and physical action, which enables fine processing and obtains a smooth processed surface, was used.
[0024]
The second optical waveguide 2 mounted on the quartz substrate 3 is also an optical waveguide having a slab structure. The second optical waveguide 2 includes a silicon plate 20 as a substrate, a polymer optical waveguide 21, and a heater 23 for heating. Here, the polymer optical waveguide 21 is a general term for an optical waveguide portion made of an epoxy-based or polyimide-based polymer material. First, a heater 23 is provided on the back surface of the silicon plate 20 by vapor deposition. The thickness of the silicon plate 20 is 0.5 mm, the coefficient of linear expansion is 4 ppm / ° C., and the elastic modulus is 10E12 dyn / cm 2. As the polymer optical waveguide 21, an epoxy-based optical waveguide forming resin (manufactured by NTT-AT) was used. The linear expansion coefficient is 40 ppm / ° C., the elastic modulus is 10E10 dyn / cm 2, and the thickness of the under cladding part 211, the thickness of the core part 212 is 10 μm, and the thickness of the over cladding part 213 is 20 μm. A 20 μm epoxy-based optical waveguide forming resin (manufactured by NTT-AT) is laminated. Incidentally, the refractive index of the under cladding part 211 is 1.565, the refractive index of the core part 212 is 1.570, and the refractive index of the over cladding part 213 is 1.565. Next, when it is thermally cured at 200 ° C., it becomes the second optical waveguide 2.
[0025]
A structure in which such materials having different linear expansion coefficients are laminated is warped due to a change in temperature.
The amount of warpage (the amount of displacement) is determined by the coefficient of linear expansion, the thickness of the layer, the elastic modulus, and the amount of change in temperature, and the equation for calculating the amount of warpage is described in the literature (S. Timoshenco, J. Opt. Amer., 11, No. 23).
According to this calculation formula, if a material having an appropriate coefficient of linear expansion and elasticity, an appropriate layer thickness, and an amount of temperature change are selected, the amount of warpage (sub-micron displacement) required for alignment of a single mode optical waveguide is obtained. Can be controlled. FIG. 5 shows the calculation results when the silicon plate 20 and the polymer optical waveguide 21 were used. In FIG. 5, 200 ° C. indicates the amount of warpage of the second optical waveguide 2 in a thermosetting state, and the amount of warpage is 0 μm, indicating that the amount of warpage becomes slightly more than 4 μm at room temperature. .
That is, in the state where the second optical waveguide 2 is formed, the heater 23 on the back surface of the silicon plate 20 is in the lowermost layer, and the over clad portion 213 is in the uppermost layer, and slightly warps in a concave shape at room temperature. When the second optical waveguide 2 is disposed on the quartz substrate 3, the second optical waveguide 2 is disposed upside down so as to be in contact with the quartz substrate 3 with the over clad portion 213 as the lowermost layer. The second end 22 enters the depression 31.
[0026]
Next, an adhesive 32 is filled in the recess 31 between the end 22 of the second optical waveguide 2 and the quartz substrate 3.
In the present invention, an epoxy-based NA4291 (manufactured by NTT-AT), which is an ultraviolet-curing type and has a small curing shrinkage and is cured by ultraviolet irradiation, is used as the adhesive 32.
[0027]
In the optical coupling device 7 of the present invention, the second optical waveguide 2 having such a laminated structure is disposed on the quartz substrate 3 so that the end portion 22 can be displaced in the vertical direction, and the second optical waveguide 2 changes according to the temperature change. It is displaced.
The temperature change can be controlled by heating with a heater 23 installed around the end 22 of the second optical waveguide 2.
[0028]
The determination of the optimal alignment position is a so-called active alignment method in which the power of the light propagated from the first optical waveguide 1 to the second optical waveguide 2 is monitored and maximized. For example, the incident light 4 is input from an external light source to the first optical waveguide 1 by an optical fiber or the like, and the emitted light 5 from the second optical waveguide 2 is detected by a power meter.
[0029]
The fixing at the position of the optimum alignment is performed by filling the recess 31 between the end 22 of the second optical waveguide 2 and the quartz substrate 3 in advance while maintaining the state where the end 22 is displaced to the optimum position. The adhesive 32 is irradiated with ultraviolet rays 6 from the back surface of the quartz substrate 3 to cure the adhesive 32.
[0030]
Although the first optical waveguide 1 and the second optical waveguide 2 have been described as embodiments of the present invention, an optical coupling device in which a plurality of optical components are integrated can be realized by repeating the embodiments of the present invention. . In other words, if a quartz substrate with a flat surface is used, the optical component can be arranged on the substrate with a deviation of the core position of about ± 2 μm or less. The emitted light can be monitored, and the highest optical coupling efficiency between adjacent optical components can be determined. Therefore, if the optical components are mounted while being sequentially optically coupled, a plurality of optical components can be mounted with the highest optical coupling efficiency.
[0031]
Here, in the state where the optical waveguides are simply arranged on the substrate, if the deviation amount of the core position between the first optical waveguide 1 and the second optical waveguide 2 differs by ± 2 μm or more, the substrate may be provided with a terrace or a pedestal. It is desirable that the amount of deviation of the core position be adjusted to about ± 2 μm or less by the spacer.
[0032]
As an example of the method of forming the recess 31, an example using reactive ion etching has been described. Other examples include wet etching and dry etching using a chemical reaction, ion etching for cutting the surface by a physical action, and sand blast. .
[0033]
Here, the polymer optical waveguide 21 is of an epoxy type or a polyimide type and has various characteristics. When light passes through the optical waveguide, it is hardly scattered or absorbed, and has high transparency. Even when exposed to high temperatures, there is little deformation and heat resistance. It is necessary to form the core part and the clad part by delicately controlling the refractive index, but the refractive index can be easily controlled by the additive. Here, the additive for adjusting the refractive index is easily dissolved and has high compatibility. Further, an apparatus for forming a film constituting an optical waveguide is simple, film forming conditions are not strict, and good film forming properties such as good wettability and adhesion to a quartz or silicon plate as a base material. In the present invention, attention has been paid to the fact that a large linear expansion coefficient can be obtained in addition to these. Since such various characteristics can be selected, the degree of freedom in design is increased, and the material is suitable for realizing a high-performance, high-performance optical coupling device.
[0034]
Furthermore, the case where the optical waveguide itself is made of a material having a different linear expansion coefficient as the second optical waveguide 2 has been described. However, as a modification of the present invention, the optical component itself is made of a material that is difficult to thermally deform. Even so, if the optical component is mounted and mounted on a substrate exhibiting a bimetal effect by infrared rays, the same effect as in the present invention is produced, so that high-precision optical coupling can be performed.
[0035]
Also, although the method has been described in which the heater 23 is previously formed by vapor deposition on the back surface of the silicon plate 20, the heater 23 may be formed on the silicon plate 20 after forming the silicon plate 20 on the polymer optical waveguide 21. Good. Further, as a method of forming the heater 23, sputtering or CVD can be used.
[0036]
Further, the temperature change has been described with the method of heating with the heater 23 provided at the end 22 of the second optical waveguide 2, but it can be controlled by irradiating the end 22 with radiation such as infrared rays. is there. By using a laser as infrared light, it is possible to heat a fine region, which is suitable for realizing an optical coupling device with high integration and fine dimensions.
[0037]
The type of the adhesive 32 used in the present invention is not limited, but in the present invention, a material that hardly advances due to heat is preferable because the end 22 of the second optical waveguide 2 is heated to control the displacement. . In particular, an ultraviolet-curing type, which can control curing by irradiating ultraviolet rays independently of heat and has a small amount of curing shrinkage, is desirable.
As the UV-curable resin, besides AT-429 manufactured by NTT-AT, which is an epoxy system used for describing the embodiment of the present invention, AT9575 manufactured by NTT-AT, and epoxy-manufactured by NTT-AT are used. AT6001 and AT6177 can be used.
[0038]
The adhesive 32 desirably has a viscosity of 100 Ps or less for smooth displacement when the end portion 22 of the second optical waveguide 2 is heated and displaced.
[0039]
Further, the method of monitoring the power of light propagating in the direction from the first optical waveguide 1 to the second optical waveguide 2 has been described for determining the optimal alignment position. The same effect can be obtained by monitoring the power of light propagating from the optical waveguide 2 to the first optical waveguide 1.
[0040]
In addition, it is preferable that the highest optical coupling efficiency of the corresponding portion in the optical coupling device to be mounted is checked in advance, the state where the predetermined optical coupling efficiency is obtained is determined, and the alignment position is determined.
[0041]
(Supplementary Note 1) An optical coupling device comprising: a first optical waveguide mounted on a substrate; and a second optical waveguide optically coupled to the first optical waveguide and mounted on the substrate. ,
The second optical waveguide is composed of a plurality of layers having different coefficients of linear expansion, and the second optical waveguide is fixed by a curable adhesive, so that the end of the first optical waveguide and the second optical waveguide are fixed. An optical coupling device, wherein the optical coupling device is mounted on the substrate such that ends of two optical waveguides face each other.
[0042]
(Supplementary Note 2) The optical coupling device according to Supplementary Note 1, wherein a heater for controlling a temperature is provided at an end of the second optical waveguide.
[0043]
(Supplementary note 3) The optical coupling device according to supplementary note 1, wherein the second optical waveguide is a polymer optical waveguide disposed on a silicon plate.
[0044]
(Supplementary Note 4) The optical coupling device according to Supplementary Note 1, wherein the curable adhesive is an ultraviolet curable adhesive.
[0045]
(Supplementary Note 5) A step of mounting the first optical waveguide on the substrate, a step of forming the second optical waveguide with a plurality of layers having different linear expansion coefficients, and disposing the second optical waveguide on the substrate. And the step of filling the gap between the end of the second optical waveguide and the substrate with a curable adhesive, and at the time of alignment of optical coupling between the first optical waveguide and the second optical waveguide. Controlling the temperature of the end of the second optical waveguide to displace the end, and curing the adhesive while maintaining the state in which the end is displaced; A method for manufacturing an optical coupling device, comprising a step of mounting a waveguide.
[0046]
(Supplementary Note 6) The method for manufacturing an optical coupling device according to Supplementary Note 5, wherein the end of the second optical waveguide is heated to control the temperature of the end during the alignment of the optical coupling. .
[0047]
(Supplementary note 7) The method for manufacturing an optical coupling device according to Supplementary note 6, wherein the temperature of the end portion is controlled by using infrared rays to heat the end portion of the second optical waveguide.
[0048]
(Supplementary Note 8) At the time of the alignment of the optical coupling, light is incident from the first optical waveguide to monitor an optical output at an end different from the end of the second optical waveguide, and the optical output is maximized. The method of manufacturing an optical coupling device according to claim 5, wherein the displacement of the end portion is controlled so as to be as follows.
[0049]
(Supplementary Note 9) Supplementary note 5 characterized by including a step of irradiating ultraviolet rays in order to cure the adhesive while keeping the end portion displaced so that the light output is maximized. 3. The method for manufacturing an optical coupling device according to claim 1.
[0050]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to simply and easily align various optical components without using a conventional active alignment mechanism using a micrometer or the like. Is easy to implement, and greatly contributes to the realization and spread of highly integrated optical coupling devices.
[0051]
Further, according to the present invention, even when there are many optical coupling points, a special alignment mechanism is not required, so that expensive mounting equipment is not required, and the mounting can be performed easily, so that low cost and high productivity can be expected. be able to.
[0052]
Further, by using a polymer as the material of the optical waveguide, the degree of freedom in designing conditions of the optical waveguide is increased, so that a high-performance and high-performance optical coupling device can be realized.
[0053]
Further, by using infrared rays instead of the heater for heating the end of the optical waveguide, the number of steps for forming the optical waveguide is reduced, and the optical coupling device can be realized at low cost.
[0054]
Also, at the time of alignment of the optical coupling between the optical waveguides, light is incident on one optical waveguide and light emitted from the other optical waveguide is monitored, so that a highly efficient light coupling device can be realized.
[0055]
Furthermore, when the optical waveguide is fixed to the substrate, by using an ultraviolet curing resin, the curing can be controlled by ultraviolet rays independently of the heating for displacing the end of the optical waveguide in the present invention. And a high-performance optical coupling device can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view before alignment of optical coupling in an optical coupling device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view after alignment of optical coupling in the optical coupling device according to the embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an example of an optical coupling device in which a plurality of optical components are integrated.
FIG. 4 is a diagram illustrating a relationship between a deviation between fibers and an optical coupling loss.
FIG. 5 is a graph of a calculation result showing a relationship between the amount of warpage of the second optical waveguide and the temperature in the embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 First optical waveguide
2 Second optical waveguide
3 Quartz substrate
4 Incident light
5 Emitted light
6 UV
7 Optical coupling device
10 Quartz plate of first optical waveguide 1
12 core part of first optical waveguide 1
13 Overcladding part of the first optical waveguide 1
20 Silicon plate of second optical waveguide 2
21 Polymer Optical Waveguide of Second Optical Waveguide 2
22 End of Second Optical Waveguide 2
23 heater
31 hollow
32 adhesive
211 Underclad portion of second optical waveguide 2
212 Core of Second Optical Waveguide 2
213 Over clad portion of second optical waveguide 2
301 Incident side optical waveguide
302 Collimating part
303 Incident light polarization element
304 common optical waveguide
305 Outgoing side light polarizing element
306 Condenser
307 Output side optical waveguide

Claims (5)

基板上に実装された第一の光導波路と、前記第一の光導波路に光結合され前記基板上に実装される第二の光導波路とで構成される光結合装置であって、
前記第二の光導波路は線膨張率の異なる複数の層から構成され、かつ前記第二の光導波路が硬化性接着剤により固定されることにより、前記第一の光導波路の端部と前記第二の光導波路の端部とが互いに対向するように前記基板に実装されてなることを特徴とする光結合装置。
A first optical waveguide mounted on a substrate, an optical coupling device comprising a second optical waveguide optically coupled to the first optical waveguide and mounted on the substrate,
The second optical waveguide is composed of a plurality of layers having different coefficients of linear expansion, and the second optical waveguide is fixed by a curable adhesive, so that the end of the first optical waveguide and the second optical waveguide are fixed. An optical coupling device, wherein the optical coupling device is mounted on the substrate such that ends of two optical waveguides face each other.
前記第二の光導波路が、シリコン板上に配置されたポリマ製光導波路であることを特徴とする請求項1に記載の光結合装置。The optical coupling device according to claim 1, wherein the second optical waveguide is a polymer optical waveguide arranged on a silicon plate. 前記硬化性接着剤が、紫外線硬化性の接着剤であることを特徴とする請求項1に記載の光結合装置。The optical coupling device according to claim 1, wherein the curable adhesive is an ultraviolet curable adhesive. 基板上に第一の光導波路を実装する工程と、第二の光導波路を線膨張率の異なる複数の層で形成する工程と、前記第二の光導波路を前記基板上に配置する工程と、前記第二の光導波路の端部と前記基板との空隙に硬化性接着剤を充填する工程と、前記第一の光導波路と前記第二の光導波路との光結合のアライメント時には、前記第二の光導波路の端部の温度を制御して前記端部を変位させる工程と、前記端部を変位させた状態を保持したうえで前記接着剤を硬化させ、前記第二の光導波路を実装する工程を含むことを特徴とする光結合装置の製造方法。A step of mounting the first optical waveguide on the substrate, a step of forming the second optical waveguide with a plurality of layers having different linear expansion coefficients, and a step of disposing the second optical waveguide on the substrate, A step of filling the gap between the end of the second optical waveguide and the substrate with a curable adhesive, and at the time of alignment of optical coupling between the first optical waveguide and the second optical waveguide, Controlling the temperature of the end of the optical waveguide to displace the end, and curing the adhesive while maintaining the state where the end is displaced, and mounting the second optical waveguide. A method for manufacturing an optical coupling device, comprising the steps of: 前記光結合のアライメント時に、前記第一の光導波路より光を入射して前記第二の光導波路の前記端部と異なる端部で光出力を監視し、前記光出力が最大になるように、前記端部の変位を制御することを特徴とする請求項4に記載の光結合装置の製造方法。At the time of the alignment of the optical coupling, light is incident from the first optical waveguide to monitor the optical output at an end different from the end of the second optical waveguide, so that the optical output is maximized. 5. The method according to claim 4, wherein the displacement of the end is controlled.
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