JP2004125946A

JP2004125946A - Method of connecting waveguide and optical fiber and connection structure therefor

Info

Publication number: JP2004125946A
Application number: JP2002286869A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Hori; 堀　彰弘
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2002-09-30
Filing date: 2002-09-30
Publication date: 2004-04-22

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a connecting method of a waveguide and optical fibers in which connection loss is low and a connection structure therefor. <P>SOLUTION: The need for alignment is eliminated by connecting a polymer waveguide 15 and a block for fixing 17 so that a recessed part 22 is fitted to a projected part 27. Even when the polymer waveguide 15 and the block for fixing 17 having optical fibers 6 are adhered, since the adhesion does not become adhesion of surfaces with each other, high adhesive strength is obtained. As a result, the connecting method of the polymer waveguide 15 and the optical fibers 6 in which the connection loss is low and the connection structure therefor can be provided. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導波路と光ファイバとの接続方法及びその接続構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
マルチチップモジュール基板（或いは電気配線基板とポリマ導波路との積層基板）に機能性を有するポリマ導波路を搭載するためには、そのポリマ導波路とマルチチップモジュール基板との間を光ファイバで接続することが求められている。
【０００３】
このようなポリマ導波路と光ファイバとの接続に際しては、ポリマ導波路端部に固定用ブロックを有する光ファイバをポリマ導波路に接着することで対応していた。
【０００４】
図６は従来の導波路と光ファイバとの接続方法を適用したポリマ導波路と光ファイバとの接続部の外観斜視図である。
【０００５】
マルチチップモジュール基板（或いは電気配線基板とポリマ導波路との積層基板）１の上にポリマ導波路２が形成され、そのポリマ導波路２の一方の端面（図では左側）２ａに、Ｖ溝３が形成されたＳｉ基板（或いは石英ガラス基板）４を有する固定用ブロック５が配置され、ポリマ導波路２と光結合するようにＶ溝３に光ファイバ６が固定されている。
【０００６】
図７は図６に示した接続部のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。
【０００７】
マルチチップモジュール基板１上に形成されたポリマ導波路２のコア７の材料にはフッ素化ポリイミド、エポキシ、ポリメチルメタクリレート等のポリマが用いられ、下部クラッド層８及び上部クラッド層９の材料にはコア７よりも屈折率の低いフッ素化ポリイミド、エポキシ、ポリメチルメタクリレート等のポリマが用いられている。
【０００８】
固定用ブロック５は、Ｖ溝３が形成されたＳｉ基板４と、光ファイバ６をＶ溝３に固定するためのＳｉ基板（或いは石英ガラス基板）からなる蓋１０とで構成されている。
【０００９】
図８は図６、図７に示したポリマ導波路と光ファイバとの接続部における光の伝搬の様子を示す図である。
【００１０】
図８に示すようにポリマ導波路２のコア７を矢印Ｌ１方向に伝搬する光が光ファイバ６のコア１１に入射して矢印Ｌ２方向に伝搬する際に一部の光が光ファイバ６のクラッド１２に（矢印Ｌ３方向に）漏れてしまう。
【００１１】
図９（ａ）〜（ｋ）は導波路と光ファイバとの接続方法の従来例を示す工程図である。図１０（ａ）〜（ｋ）は図９（ａ）〜（ｋ）の右側面図である。以下、図６〜図８に示した部材と同様の部材には共通の符号を用いた。
【００１２】
まず、Ｓｉ基板４上に光ファイバ６（図６参照）を固定するためのＶ溝３をエッチング等により形成する（図９（ａ）、図１０（ａ））。
【００１３】
Ｖ溝３に接着剤で光ファイバ６の端部を、Ｓｉ基板４の端面と光ファイバ６の端面同士が揃うように固定する（図９（ｂ）、図１０（ｂ））。
【００１４】
蓋１０にてＳｉ基板４のＶ溝３及び光ファイバ６の上部を固定することで固定用ブロック５が形成される（図９（ｃ）、図１０（ｃ））。
【００１５】
次に光ファイバ６と接続されるポリマ導波路２を作製する。
【００１６】
まず、スピンコータ、カーテンコータ、スプレーコータ等（いずれも図示せず。）を用いてマルチチップモジュール基板１上に、フッ素化ポリイミド、エポキシ、ポリメチルメタクリレート等のポリマ等からなる下部クラッド層８を形成する（図９（ｄ）、図１０（ｄ））。
【００１７】
スピンコータ、カーテンコータ、スプレーコータ等を用いて下部クラッド層８上に、下部クラッド層８より屈折率の高いフッ素化ポリイミド、エポキシ、ポリメチルメタクリレート等からなるポリマでコア膜７ａを形成する（図９（ｅ）、図１０（ｅ））。
【００１８】
図示しないエッチング装置を用いてスパッタを施すことにより、コア膜７ａ上にＷＳｉ膜１３ａを形成する（図９（ｆ）、図１０（ｆ））。
【００１９】
フォトリソグラフィ、ドライエッチングを施すことにより、ＷＳｉ膜１３ａをマスクパターン１３に形成する（図９（ｇ）、図１０（ｇ））。
【００２０】
ドライエッチングを施すことにより、コア膜７ａをコア７に形成する（図９（ｈ）、図１０（ｈ））。
【００２１】
ドライエッチングを施すことにより、コア７上からマスクパターン１３を除去する（図９（ｉ）、図１０（ｉ））。
【００２２】
スピンコータ、カーテンコータ、スプレーコータ等により、下部クラッド層８及びコア７を、コア７より屈折率の低いフッ素化ポリイミド、エポキシ、ポリメチルメタクリレート等のポリマからなる上部クラッド層９で覆うことにより、ポリマ導波路２が形成される（図９（ｊ）、図１０（ｊ））。
【００２３】
これら図９（ａ）〜（ｃ）の工程で作製した、光ファイバ６を有する固定用ブロック５を、図９（ｄ）〜（ｊ）の工程で作製したポリマ導波路２に調心しながら接着することにより、ポリマ導波路２と光ファイバ６とが接続されて光ファイバ付きポリマ導波路１４が得られる（図９（ｋ）、図１０（ｋ））。
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の導波路と光ファイバとの接続方法では、光ファイバ６を有する固定用ブロック５をポリマ導波路２に接着する際に、ポリマ導波路２のコア７と光ファイバ６のコア１１とを調心する必要がある。この調心が不十分であると図８に示したようにポリマ導波路２と光ファイバ６との接続部で一部の光（矢印Ｌ３方向）の漏れが生じてしまい、接続損失の増大の原因となる。また、ポリマ導波路２と光ファイバ６との接続は、コア７及びコア１１の面同士の接着となるため、ポリマ導波路２を形成する材料の種類によっては接着強度が低下するか、あるいは経年変化により接着強度が低下して接続損失がさらに増大する原因となってしまうという問題があった。
【００２５】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、接続損失の低い導波路と光ファイバとの接続方法及びその接続構造を提供することにある。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、基板上に形成された導波路に光ファイバを接続する接続方法において、導波路の端部に導波路を伝搬する光を基板と反対側に反射する導波路側反射鏡を形成し、光ファイバの端部を固定用ブロックに固定し、固定用ブロック及び光ファイバの共通端部に導波路側反射鏡からの光を光ファイバに入射させる光ファイバ側反射鏡を形成し、固定用ブロックの底面及び導波路の上面に位置決め用の凹部若しくは凸部のいずれかをそれぞれ形成し、凸部を凹部に嵌合するように導波路と固定用ブロックとを接続するものである。
【００２７】
請求項２の発明は、請求項１に記載の構成に加え、導波路側反射鏡の導波路の光軸に対する傾斜角度及び光ファイバ側反射鏡の光ファイバの光軸に対する傾斜角度を４５度とするのが好ましい。
【００２８】
請求項３の発明は、基板上に形成された導波路と光ファイバとの接続構造において、導波路の端部に形成され、導波路を伝搬する光を基板と反対側に反射する導波路側反射鏡と、光ファイバの端部に固定された固定用ブロックと、固定用ブロック及び光ファイバの共通端部に形成され導波路側反射鏡からの光を光ファイバに入射させる光ファイバ側反射鏡と、固定用ブロックの底面及び導波路の上面にいずれかがそれぞれ形成され、嵌合することにより導波路と光ファイバとが接続される位置決め用の凹部若しくは凸部とを備えたものである。
【００２９】
請求項４の発明は、請求項３に記載の構成に加え、導波路側反射鏡の導波路の光軸に対する傾斜角度及び光ファイバ側反射鏡の光ファイバの光軸に対する傾斜角度が４５度であるのが好ましい。
【００３０】
本発明によれば、導波路と固定用ブロックとを、凹部と凸部とが嵌合するように接続することにより、調心の必要がなくなる。導波路と光ファイバとを接着しても導波路のコアの面と光ファイバのコアの面との面同士の接続（接着）にはならず、導波路の上面と固定用ブロックの底面との接続（接着）となるため、高い接着強度が得られる。この結果、接続損失の低い導波路と光ファイバとの接続方法及びその接続構造を提供することができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００３２】
図１は本発明の導波路と光ファイバとの接続方法を適用した接続部を示す外観斜視図である。
【００３３】
本実施の形態では、導波路がポリマ導波路の場合で説明する。
【００３４】
同図に示すマルチチップモジュール基板（或いは電気配線基板とポリマ導波路との積層基板）１上にポリマ導波路１５と高さ調節用ブロック１６とが形成され、そのポリマ導波路１５及び高さ調節用ブロック１６の上面に、光ファイバ６を有する固定用ブロック１７が接続されている。
【００３５】
図２は図１に示した接続部のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【００３６】
マルチチップモジュール基板１上に形成されたポリマ導波路１５のコア１８にはフッ素化ポリイミド、エポキシ、ポリメチルメタクリレート等のポリマが用いられ、下部クラッド層１９及び上部クラッド層２０にはコア１８よりも屈折率の低いフッ素化ポリイミド、エポキシ、ポリメチルメタクリレート等のポリマが用いられている。
【００３７】
ポリマ導波路１５の一方の端部（図では左側端部）には、ポリマ導波路１５のコア１８を伝搬してきた光をマルチチップモジュール基板１とは反対側（図では上側）に反射させるためポリマ導波路のコア１８の光軸に対し４５度傾斜した端面１５ａにポリマ導波路側反射鏡（光路垂直曲げ部、以下「反射鏡」という。）２１が形成されている。この反射鏡２１には、スパッタ（若しくは蒸着）により形成されるアルミニウム（クロム若しくは金等）の薄膜が用いられる。このポリマ導波路１５の反射鏡２１の反射光透過面（固定用ブロック１７と接する面）１５ｂの光路の外側には位置決め固定用の破線で示す凹部２２が形成されている。凹部２２の数は少なくとも２箇所であるのが好ましい。
【００３８】
一方、固定用ブロック１７の一方の端部（図では右側端部）にはポリマ導波路１５側からの反射光を光ファイバ６のコア１１内に反射させるため光ファイバ６の光軸（コア１１）に対し４５度傾斜した端面１７ａに光ファイバ側反射鏡（光路垂直曲げ部、以下「反射鏡」という。）２３が形成されている。
【００３９】
この固定用ブロック１７は、石英ガラス（若しくはＳｉ）からなりＶ溝２４が形成された石英ガラス基板２５と、光ファイバ６をＶ溝２４に固定するための石英ガラス（若しくはＳｉ）からなる蓋２６と、石英ガラス基板２５の反射光透過面（図では底面）１７ｂの光路の外側の凹部２２に対応する位置に形成された位置決め用の破線で示す凸部２７とで構成されている。凸部２７の数は凹部２２の数に等しいのが好ましい。反射鏡２３には、スパッタ（若しくは蒸着）により形成されるアルミニウム（クロム若しくは金等）の薄膜が用いられる。
【００４０】
ここで、石英ガラス基板２５の代わりにＳｉ基板を用いる場合には、Ｓｉ基板の反射光透過面側にはポリマ導波路１５からの反射光が光ファイバ６に入射するための反射光通過用の孔を形成する必要があり、光ファイバ６のクラッド層１２のポリマ導波路１５側に対向する面は少なくともコア１１の幅分だけ平面状に鏡面研磨され、隙間には屈折率整合液を充填するのが好ましい。
【００４１】
高さ調節用ブロック１６の材料には、Ｓｉ、石英ガラスのいずれを用いてもよい。
【００４２】
なお、本実施の形態ではポリマ導波路１５側に位置決め用の凹部２２を形成し、固定用ブロック１７側に位置決め用の凸部２７を形成した場合で説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ポリマ導波路１５側に位置決め用の凸部を形成し、固定用ブロック１７側に位置決め用の凹部を形成してもよい。
【００４３】
図３は図１、２に示したポリマ導波路と光ファイバとの接続部における光の伝搬の様子を示す図である。
【００４４】
図３に示すように、ポリマ導波路１５の一端（図では右端）のコア１８に光（矢印Ｌ４方向）が入射すると、光はコア１８内を伝搬して反射鏡２１で固定用ブロック１７側に反射する。反射鏡２１で反射した光は上部クラッド層２０を矢印Ｌ５方向に伝搬し、固定用ブロック１７の石英ガラス基板２５に入射し、反射鏡２３で反射する。反射鏡２３で反射した光は光ファイバ６のコア１１の端面に入射して、コア１１内を矢印Ｌ６方向に伝搬する。ポリマ導波路１５と固定用ブロック１７とは、コア１１、１７同士の面で接続されるのではなく、凹部２２と凸部２７との嵌合で接続されているので、コア１１、１７の接合面のずれがなく、接着剤の経年変化等の影響を受けることがなく、両コア１１、１７を伝搬する光の漏れが生じない。
【００４５】
図４（ａ）〜（ｘ）は、本発明の導波路と光ファイバとの接続方法を示す工程図である。図５（ａ）〜（ｘ）は図４（ａ）〜（ｘ）の右側面図である。
【００４６】
まず、固定用ブロック１７を作製する。
【００４７】
石英ガラス基板２５ａにエッチング等を施して光ファイバ６（図１参照）を固定するためのＶ溝２４を形成する（図４（ａ）、図５（ａ））。
【００４８】
石英ガラス基板２５ａのＶ溝２４内に、光ファイバ６の端部の端面を石英ガラス基板２５ａの端面と揃うように固定する（図４（ｂ）、図５（ｂ））。
【００４９】
Ｖ溝２４内に光ファイバ６を接着剤で固定した後、光ファイバ６ごと石英ガラス基板２５ａを石英ガラス（或いはＳｉ）からなる蓋２６ａで覆うように接着する（図４（ｃ）、図５（ｃ））。
【００５０】
光ファイバ６、石英ガラス基板２５ａ及び蓋２６ａの共通端面に、ダイシングにより光ファイバ６の光軸に対して４５度の傾斜面１７ａを形成する。傾斜面１７ａは鏡面仕上げされるのが好ましい（図４（ｄ）、図５（ｄ））。
【００５１】
石英ガラス基板２５ａの底面にＷＳｉ膜２８ａをスパッタ法により成膜する（図４（ｅ）、図５（ｅ））。
【００５２】
ＷＳｉ膜２８ａにフォトリソグラフィ及びドライエッチングを施すことにより位置決め固定用の凸部２７となる部分にマスクパターン２８を形成する（図４（ｆ）、図５（ｆ））。
【００５３】
石英ガラス基板２８の底面に対し、ウエットドライエッチングやドライエッチングを施すことにより、位置決め固定用の凸部２７を形成する（図４（ｇ）、図５（ｇ））。
【００５４】
凸部２７の形成後、ドライエッチングによりマスクパターン２８を除去する（図４（ｈ）、図５（ｈ））。
【００５５】
蒸着及びスパッタを施して、傾斜面１７ａに反射鏡２３となる金属膜を形成することにより光路垂直曲げ部を有する固定用ブロック１７が得られる（図４（ｉ）、図５（ｉ））。
【００５６】
次にマルチチップモジュール基板１上にポリマ導波路１５を作製する。
【００５７】
マルチチップモジュール基板１上にフッ素化ポリイミド、エポキシ、ポリメチルメタクリレート等のポリマで、下部クラッド膜１９ａをスピンコータ、カーテンコータ、スプレーコータ等により成膜する（図４（ｊ）、図５（ｊ））。
【００５８】
下部クラッド膜１９ａの上に、下部クラッド膜１９ａよりも屈折率の高く、コア１１の屈折率に等しいフッ素化ポリイミド、エポキシ、ポリメチルメタクリレート等のポリマでコア膜１８ａを、スピンコータ、カーテンコータ、スプレーコータ等により成膜する（図４（ｋ）、図５（ｋ））。
【００５９】
コア膜１８ａの上にＷＳｉ膜２９ａをスパッタ法により成膜する（図４（ｌ）、図５（ｌ））。
【００６０】
ＷＳｉ膜２９ａにフォトリソグラフィ及びドライエッチングを施すことにより、コア１８となる部分を覆うマスクパターン２９を形成する（図４（ｍ）、図５（ｍ））。
【００６１】
コア膜１８ａにドライエッチングを施すことによりコア１８を形成する（図４（ｎ）、図５（ｎ））。
【００６２】
ドライエッチングを施すことにより、コア１８上のマスクパターン２９を除去する（図４（ｏ）、図５（ｏ））。
【００６３】
コア１８及び下部クラッド膜１９ａを、コア１８よりも屈折率の低いフッ素化ポリイミド、エポキシ、ポリメチルメタクリレート等のポリマからなる上部クラッド膜２０ａで覆うことにより、ポリマ導波路１５０が形成される（図４（ｐ）、図５（ｐ））。
【００６４】
上部クラッド膜２０ａの上面に、ＷＳｉ膜３０ａをスパッタ法により成膜する（図４（ｑ）、図５（ｑ））。
【００６５】
ＷＳｉ膜３０ａにフォトリソグラフィ及びドライエッチングを施すことにより、位置決め固定用の凹部２２（図１参照）となる部分を形成するためのマスクパターン３０を形成する（図４（ｒ）、図５（ｒ））。
【００６６】
ポリマ導波路１５の上部クラッド膜２０ａにウエットエッチングやドライエッチングを施して位置決め用の凹部２２を形成する（図４（ｓ）、図５（ｓ））。
ドライエッチングを施すことにより、上部クラッド膜２０ａ上のマスクパターン３０を除去する（図４（ｔ）、図５（ｔ））。
【００６７】
ポリマ導波路１５の端面（図では左側）にポリマ導波路１５の光軸（コア１８）に対して４５度傾斜するようにダイシングにより傾斜面１５ａを形成する。傾斜面１５ａは鏡面仕上げされるのが好ましい（図４（ｕ）、図５（ｕ））。
【００６８】
蒸着及びスパッタを施して、鏡面仕上げされた傾斜面１５ａに反射鏡２１となる金属膜を形成することにより、光路垂直曲げ部を有するポリマ導波路１５が得られる（図４（ｖ）、図５（ｖ））。
【００６９】
マルチチップモジュール基板１上に、固定用ブロック１７を固定する際の光ファイバ６のコア１１の高さ調節用ブロック１６を、マルチチップモジュール基板１に接着固定する（図４（ｗ）、図５（ｗ））。
【００７０】
最後に、図４（ａ）、図５（ａ）〜図４（ｉ）、図５（ｉ）で作製した光ファイバ６を有する固定用ブロック１７の位置決め固定用の凸部２７を、図４（ｊ）、図５（ｊ）〜図４（ｗ）、図５（ｗ）で作製したポリマ導波路１５の位置決め固定用の凹部２２に挿入することにより、調心することなく光ファイバ６とポリマ導波路１５とが接続される（図４（ｘ）、図５（ｘ））。
【００７１】
次に図４（ａ）、図５（ａ）〜図４（ｘ）、図５（ｘ）に示したポリマ導波路と光ファイバとの接続方法による接続部の試作結果について図２を参照して説明する。
【００７２】
ポリマ導波路１５のコア１８の寸法を幅８μｍ、高さ８μｍとし、下部クラッド層１９及び上部クラッド層２０の厚さをそれぞれ１５μｍとし、比屈折率差を０．３５％とし、測定波長１．３μｍとして接続損失を測定した。
【００７３】
その結果、本発明の接続法による接続損失は０．０８ｄＢと非常に低い値であったのに対し、同条件における従来の接続法による接続損失は０．１５ｄＢと非常に高い値であった。
【００７４】
このように、本発明の接続方法を用いることにより、光ファイバ６とポリマ導波路１５とを接続する際に調心する必要がなく、容易に接続することができ、しかも接続損失が小さくなる。
【００７５】
なお、本実施の形態では導波路がポリマ導波路の場合で説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、導波路が石英ガラス導波路であってもよい。また、本実施の形態では反射鏡がポリマ導波路及び光ファイバの光軸に対して４５度傾斜した場合で説明したが、ポリマ導波路と光ファイバとが光結合できれば、４５度に限定されるものではない。
【００７６】
以上において、本発明によれば、ポリマ導波路と光ファイバとを接続する際に、ポリマ導波路の端面にポリマ導波路側反射鏡と位置決め固定用の凹部（若しくは凸部）を形成し、光ファイバの固定用ブロックに光ファイバ側反射鏡と位置決め固定用の凸部（若しくは凹部）を形成し、これらの位置決め用の凸部を凹部に挿入する（嵌合させる）ことで、調心する必要がなく、容易にポリマ導波路と光ファイバとを接続することができる。従って、本接続部をポリマ導波路のマルチチップモジュール基板（電気配線基板とポリマ導波路との積層基板）に適用することができる。
【００７７】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、導波路及び光ファイバにそれぞれ反射鏡を形成し、両者を位置決め固定用の凹部及び凸部を嵌合するように接続することにより、接続損失の低い導波路と光ファイバとの接続方法及びその接続構造の提供を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の導波路と光ファイバとの接続方法を適用した接続部を示す外観斜視図である。
【図２】図１に示した接続部のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】図１、２に示した導波路と光ファイバとの接続部における光の伝搬の様子を示す図である。
【図４】（ａ）〜（ｘ）は、本発明の導波路と光ファイバとの接続方法を示す工程図である。
【図５】（ａ）〜（ｘ）は図４（ａ）〜（ｘ）の右側面図である。
【図６】従来の導波路と光ファイバとの接続方法を適用したポリマ導波路と光ファイバとの接続部の外観斜視図である。
【図７】図６に示した接続部のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。
【図８】図６、図７に示した導波路と光ファイバとの接続部における光の伝搬の様子を示す図である。
【図９】（ａ）〜（ｋ）は導波路と光ファイバとの接続方法の従来例を示す工程図である。
【図１０】（ａ）〜（ｋ）は図９（ａ）〜（ｋ）の右側面図である。
【符号の説明】
１　マルチチップモジュール基板
６　光ファイバ
１１　コア
１２　クラッド
１５　ポリマ導波路
１６　高さ調節用ブロック
１７　固定用ブロック
１８　コア
１９　下部クラッド層
２０　上部クラッド層
２１、２３　反射鏡（光路垂直曲げ部）
２２　凹部
２７　凸部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for connecting a waveguide to an optical fiber and a connection structure thereof.
[0002]
[Prior art]
In order to mount a functional polymer waveguide on a multi-chip module substrate (or a laminated substrate of an electric wiring substrate and a polymer waveguide), an optical fiber is connected between the polymer waveguide and the multi-chip module substrate. Is required.
[0003]
In connecting such a polymer waveguide to an optical fiber, an optical fiber having a fixing block at the end of the polymer waveguide is bonded to the polymer waveguide.
[0004]
FIG. 6 is an external perspective view of a connection portion between a polymer waveguide and an optical fiber to which a conventional method for connecting a waveguide to an optical fiber is applied.
[0005]
A polymer waveguide 2 is formed on a multichip module substrate (or a laminated substrate of an electric wiring substrate and a polymer waveguide) 1, and a V-groove 3 is formed on one end face (left side in the figure) 2 a of the polymer waveguide 2. A fixing block 5 having an Si substrate (or quartz glass substrate) 4 on which is formed is disposed, and an optical fiber 6 is fixed to the V-groove 3 so as to optically couple with the polymer waveguide 2.
[0006]
FIG. 7 is a sectional view taken along line VII-VII of the connection portion shown in FIG.
[0007]
The material of the core 7 of the polymer waveguide 2 formed on the multi-chip module substrate 1 is a polymer such as fluorinated polyimide, epoxy, or polymethyl methacrylate, and the material of the lower cladding layer 8 and the upper cladding layer 9 is Polymers such as fluorinated polyimide, epoxy, and polymethyl methacrylate having a lower refractive index than the core 7 are used.
[0008]
The fixing block 5 is composed of a Si substrate 4 on which the V groove 3 is formed, and a lid 10 made of a Si substrate (or a quartz glass substrate) for fixing the optical fiber 6 to the V groove 3.
[0009]
FIG. 8 is a view showing a state of light propagation at a connection portion between the polymer waveguide and the optical fiber shown in FIGS.
[0010]
As shown in FIG. 8, when light propagating through the core 7 of the polymer waveguide 2 in the direction of arrow L1 enters the core 11 of the optical fiber 6 and propagates in the direction of arrow L2, part of the light 12 (in the direction of arrow L3).
[0011]
9A to 9K are process diagrams showing a conventional example of a method for connecting a waveguide and an optical fiber. 10 (a) to 10 (k) are right side views of FIGS. 9 (a) to 9 (k). Hereinafter, the same members as those shown in FIGS. 6 to 8 are denoted by the same reference numerals.
[0012]
First, a V groove 3 for fixing the optical fiber 6 (see FIG. 6) is formed on the Si substrate 4 by etching or the like (FIGS. 9A and 10A).
[0013]
The end of the optical fiber 6 is fixed to the V groove 3 with an adhesive so that the end face of the Si substrate 4 and the end face of the optical fiber 6 are aligned (FIGS. 9B and 10B).
[0014]
The fixing block 5 is formed by fixing the V-groove 3 of the Si substrate 4 and the upper part of the optical fiber 6 with the lid 10 (FIGS. 9C and 10C).
[0015]
Next, the polymer waveguide 2 connected to the optical fiber 6 is manufactured.
[0016]
First, a lower cladding layer 8 made of a polymer such as fluorinated polyimide, epoxy, polymethyl methacrylate or the like is formed on the multi-chip module substrate 1 by using a spin coater, a curtain coater, a spray coater or the like (all are not shown). (FIGS. 9D and 10D).
[0017]
Using a spin coater, a curtain coater, a spray coater, or the like, a core film 7a is formed on the lower cladding layer 8 using a polymer made of fluorinated polyimide, epoxy, polymethyl methacrylate, or the like having a higher refractive index than the lower cladding layer 8 (FIG. 9). (E), FIG. 10 (e)).
[0018]
The WSi film 13a is formed on the core film 7a by performing sputtering using an etching device (not shown) (FIGS. 9F and 10F).
[0019]
The WSi film 13a is formed on the mask pattern 13 by performing photolithography and dry etching (FIGS. 9G and 10G).
[0020]
The core film 7a is formed on the core 7 by performing dry etching (FIGS. 9H and 10H).
[0021]
By performing dry etching, the mask pattern 13 is removed from above the core 7 (FIGS. 9 (i) and 10 (i)).
[0022]
The lower clad layer 8 and the core 7 are covered with an upper clad layer 9 made of a polymer such as fluorinated polyimide, epoxy, or polymethyl methacrylate having a lower refractive index than the core 7 by a spin coater, a curtain coater, a spray coater, or the like. The waveguide 2 is formed (FIGS. 9J and 10J).
[0023]
The fixing block 5 having the optical fiber 6 manufactured in the steps of FIGS. 9A to 9C is aligned with the polymer waveguide 2 manufactured in the steps of FIGS. By bonding, the polymer waveguide 2 and the optical fiber 6 are connected to obtain a polymer waveguide 14 with an optical fiber (FIGS. 9 (k) and 10 (k)).
[0024]
[Problems to be solved by the invention]
However, according to the conventional connection method between the waveguide and the optical fiber, when the fixing block 5 having the optical fiber 6 is bonded to the polymer waveguide 2, the core 7 of the polymer waveguide 2 and the core 11 of the optical fiber 6 are connected to each other. Need to be aligned. If the alignment is insufficient, a part of light (in the direction of arrow L3) leaks at the connection between the polymer waveguide 2 and the optical fiber 6, as shown in FIG. 8, and the connection loss increases. Cause. In addition, since the connection between the polymer waveguide 2 and the optical fiber 6 is made by bonding the surfaces of the core 7 and the core 11, the bonding strength is reduced depending on the type of the material forming the polymer waveguide 2, or the aging may occur. There has been a problem that the change causes a decrease in the adhesive strength and a further increase in the connection loss.
[0025]
Therefore, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to provide a method of connecting a waveguide with low connection loss to an optical fiber and a connection structure thereof.
[0026]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, in a connection method for connecting an optical fiber to a waveguide formed on a substrate, light propagating through the waveguide at an end of the waveguide is directed to a side opposite to the substrate. Forming a waveguide-side reflecting mirror that reflects light, fixing the end of the optical fiber to a fixing block, and causing light from the waveguide-side reflecting mirror to enter the optical fiber at a common end of the fixing block and the optical fiber. A fiber side reflector is formed, and either a positioning concave portion or a convex portion is formed on the bottom surface of the fixing block and the upper surface of the waveguide, respectively, and the waveguide and the fixing block are fitted so that the convex portion fits into the concave portion. And to connect.
[0027]
According to a second aspect of the present invention, in addition to the configuration of the first aspect, the inclination angle of the waveguide-side reflecting mirror with respect to the optical axis of the waveguide and the inclination angle of the optical fiber-side reflecting mirror with respect to the optical axis of the optical fiber are 45 degrees. Is preferred.
[0028]
According to a third aspect of the present invention, in the connection structure between the waveguide and the optical fiber formed on the substrate, the waveguide is formed at the end of the waveguide and reflects light propagating through the waveguide to the opposite side to the substrate. A reflecting mirror, a fixing block fixed to an end of the optical fiber, and an optical fiber-side reflecting mirror formed at a common end of the fixing block and the optical fiber to make light from the waveguide-side reflecting mirror incident on the optical fiber. And any one of them is formed on the bottom surface of the fixing block and the top surface of the waveguide, and is provided with a concave portion or a convex portion for positioning where the waveguide and the optical fiber are connected by fitting.
[0029]
According to a fourth aspect of the present invention, in addition to the configuration of the third aspect, the inclination angle of the waveguide-side reflecting mirror with respect to the optical axis of the waveguide and the inclination angle of the optical fiber-side reflecting mirror with respect to the optical axis of the optical fiber are 45 degrees. Preferably it is.
[0030]
According to the present invention, since the waveguide and the fixing block are connected such that the concave portion and the convex portion are fitted, alignment is not required. Even if the waveguide and the optical fiber are bonded, the surface of the core of the waveguide and the surface of the core of the optical fiber are not connected (bonded) to each other. Because of connection (adhesion), high adhesive strength can be obtained. As a result, it is possible to provide a method of connecting a waveguide and an optical fiber with low connection loss and a connection structure thereof.
[0031]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0032]
FIG. 1 is an external perspective view showing a connecting portion to which a method for connecting a waveguide and an optical fiber according to the present invention is applied.
[0033]
In the present embodiment, the case where the waveguide is a polymer waveguide will be described.
[0034]
A polymer waveguide 15 and a height adjusting block 16 are formed on a multi-chip module substrate (or a laminated substrate of an electric wiring substrate and a polymer waveguide) 1 shown in FIG. The fixing block 17 having the optical fiber 6 is connected to the upper surface of the fixing block 16.
[0035]
FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II of the connecting portion shown in FIG.
[0036]
For the core 18 of the polymer waveguide 15 formed on the multi-chip module substrate 1, a polymer such as fluorinated polyimide, epoxy, or polymethyl methacrylate is used. Polymers such as fluorinated polyimide, epoxy, and polymethyl methacrylate having a low refractive index are used.
[0037]
One end (the left end in the figure) of the polymer waveguide 15 is used to reflect light propagating through the core 18 of the polymer waveguide 15 to the side opposite to the multichip module substrate 1 (the upper side in the figure). A polymer-waveguide-side reflecting mirror (a vertical bent portion of the optical path, hereinafter referred to as a "reflecting mirror") 21 is formed on an end surface 15a of the polymer waveguide core 18 which is inclined at 45 degrees with respect to the optical axis. For this reflecting mirror 21, a thin film of aluminum (chromium or gold) formed by sputtering (or vapor deposition) is used. A concave portion 22 indicated by a broken line for positioning and fixing is formed outside the optical path of the reflected light transmitting surface (surface in contact with the fixing block 17) 15b of the reflecting mirror 21 of the polymer waveguide 15. It is preferable that the number of the concave portions 22 is at least two.
[0038]
On the other hand, at one end (right end in the figure) of the fixing block 17, the optical axis (core 11) of the optical fiber 6 is used to reflect the reflected light from the polymer waveguide 15 side into the core 11 of the optical fiber 6. An optical fiber side reflection mirror (optical path vertical bend, hereinafter referred to as a “reflection mirror”) 23 is formed on an end face 17 a inclined at 45 degrees to the end face 17.
[0039]
The fixing block 17 includes a quartz glass substrate 25 made of quartz glass (or Si) and having a V-groove 24 formed thereon, and a lid 26 made of quartz glass (or Si) for fixing the optical fiber 6 to the V-groove 24. And a convex portion 27 indicated by a broken line for positioning formed at a position corresponding to the concave portion 22 outside the optical path of the reflected light transmitting surface (bottom surface in the figure) 17b of the quartz glass substrate 25. It is preferable that the number of the convex portions 27 is equal to the number of the concave portions 22. As the reflecting mirror 23, a thin film of aluminum (chromium or gold) formed by sputtering (or vapor deposition) is used.
[0040]
Here, when a Si substrate is used instead of the quartz glass substrate 25, the reflected light from the polymer waveguide 15 is incident on the optical fiber 6 on the side of the reflected light transmitting surface of the Si substrate. It is necessary to form a hole, and the surface of the cladding layer 12 of the optical fiber 6 facing the polymer waveguide 15 side is mirror-polished flat at least by the width of the core 11, and the gap is filled with a refractive index matching liquid. Is preferred.
[0041]
The material of the height adjusting block 16 may be any of Si and quartz glass.
[0042]
In the present embodiment, the case where the positioning concave portion 22 is formed on the polymer waveguide 15 side and the positioning convex portion 27 is formed on the fixing block 17 side has been described, but the present invention is not limited to this. Instead, a convex portion for positioning may be formed on the polymer waveguide 15 side, and a concave portion for positioning may be formed on the fixing block 17 side.
[0043]
FIG. 3 is a view showing a state of light propagation at a connection portion between the polymer waveguide and the optical fiber shown in FIGS.
[0044]
As shown in FIG. 3, when light (in the direction of the arrow L <b> 4) enters the core 18 at one end (the right end in the figure) of the polymer waveguide 15, the light propagates inside the core 18 and is reflected by the reflecting mirror 21 toward the fixing block 17. To reflect. The light reflected by the reflecting mirror 21 propagates through the upper cladding layer 20 in the direction of the arrow L5, enters the quartz glass substrate 25 of the fixing block 17, and is reflected by the reflecting mirror 23. The light reflected by the reflecting mirror 23 enters the end face of the core 11 of the optical fiber 6 and propagates inside the core 11 in the direction of arrow L6. Since the polymer waveguide 15 and the fixing block 17 are not connected by the surfaces of the cores 11 and 17 but are connected by fitting the concave portions 22 and the convex portions 27, the joining of the cores 11 and 17 is performed. There is no surface displacement, there is no influence of aging of the adhesive or the like, and there is no leakage of light propagating through both cores 11 and 17.
[0045]
4 (a) to 4 (x) are process diagrams showing a method for connecting a waveguide and an optical fiber according to the present invention. 5 (a) to 5 (x) are right side views of FIGS. 4 (a) to 4 (x).
[0046]
First, the fixing block 17 is manufactured.
[0047]
The quartz glass substrate 25a is etched to form a V-groove 24 for fixing the optical fiber 6 (see FIG. 1) (FIGS. 4A and 5A).
[0048]
The end face of the end of the optical fiber 6 is fixed in the V groove 24 of the quartz glass substrate 25a so as to be aligned with the end face of the quartz glass substrate 25a (FIGS. 4B and 5B).
[0049]
After fixing the optical fiber 6 in the V-groove 24 with an adhesive, the optical fiber 6 is adhered so as to cover the quartz glass substrate 25a with a lid 26a made of quartz glass (or Si) (FIGS. 4C and 5). (C)).
[0050]
A 45 ° inclined surface 17a with respect to the optical axis of the optical fiber 6 is formed on the common end face of the optical fiber 6, the quartz glass substrate 25a and the lid 26a by dicing. The inclined surface 17a is preferably mirror-finished (FIGS. 4D and 5D).
[0051]
A WSi film 28a is formed on the bottom surface of the quartz glass substrate 25a by a sputtering method (FIGS. 4E and 5E).
[0052]
By performing photolithography and dry etching on the WSi film 28a, a mask pattern 28 is formed on a portion to be the projection 27 for positioning and fixing (FIGS. 4F and 5F).
[0053]
By performing wet dry etching or dry etching on the bottom surface of the quartz glass substrate 28, a convex portion 27 for positioning and fixing is formed (FIGS. 4G and 5G).
[0054]
After the formation of the projections 27, the mask pattern 28 is removed by dry etching (FIGS. 4H and 5H).
[0055]
By forming a metal film to be the reflecting mirror 23 on the inclined surface 17a by performing vapor deposition and sputtering, the fixing block 17 having the optical path vertical bent portion is obtained (FIGS. 4 (i) and 5 (i)).
[0056]
Next, a polymer waveguide 15 is formed on the multi-chip module substrate 1.
[0057]
A lower clad film 19a is formed on the multi-chip module substrate 1 with a polymer such as fluorinated polyimide, epoxy, polymethyl methacrylate or the like by a spin coater, a curtain coater, a spray coater or the like (FIGS. 4 (j) and 5 (j)). ).
[0058]
On the lower cladding film 19a, a core film 18a is formed of a polymer such as fluorinated polyimide, epoxy, or polymethyl methacrylate having a refractive index higher than that of the lower cladding film 19a and equal to the refractive index of the core 11. A film is formed by a coater or the like (FIG. 4 (k), FIG. 5 (k)).
[0059]
A WSi film 29a is formed on the core film 18a by a sputtering method (FIG. 4 (l), FIG. 5 (l)).
[0060]
Photolithography and dry etching are performed on the WSi film 29a to form a mask pattern 29 that covers a portion to be the core 18 (FIGS. 4M and 5M).
[0061]
The core 18 is formed by performing dry etching on the core film 18a (FIGS. 4 (n) and 5 (n)).
[0062]
By performing dry etching, the mask pattern 29 on the core 18 is removed (FIGS. 4 (o) and 5 (o)).
[0063]
The polymer waveguide 150 is formed by covering the core 18 and the lower clad film 19a with an upper clad film 20a made of a polymer such as fluorinated polyimide, epoxy, or polymethyl methacrylate having a lower refractive index than the core 18. 4 (p), FIG. 5 (p)).
[0064]
A WSi film 30a is formed on the upper surface of the upper clad film 20a by a sputtering method (FIGS. 4 (q) and 5 (q)).
[0065]
By performing photolithography and dry etching on the WSi film 30a, a mask pattern 30 for forming a portion to be the concave portion 22 for positioning and fixing (see FIG. 1) is formed (FIGS. 4 (r) and 5 (r)). )).
[0066]
The upper clad film 20a of the polymer waveguide 15 is subjected to wet etching or dry etching to form the positioning recess 22 (FIGS. 4 (s) and 5 (s)).
By performing dry etching, the mask pattern 30 on the upper clad film 20a is removed (FIGS. 4 (t) and 5 (t)).
[0067]
An inclined surface 15a is formed on the end surface (left side in the figure) of the polymer waveguide 15 by dicing so as to be inclined at 45 degrees with respect to the optical axis (core 18) of the polymer waveguide 15. The inclined surface 15a is preferably mirror-finished (FIGS. 4 (u) and 5 (u)).
[0068]
By performing vapor deposition and sputtering to form a metal film to be the reflecting mirror 21 on the mirror-finished inclined surface 15a, the polymer waveguide 15 having the optical path vertical bent portion is obtained (FIGS. 4 (v) and 5). (V)).
[0069]
A block 16 for adjusting the height of the core 11 of the optical fiber 6 when the fixing block 17 is fixed on the multi-chip module substrate 1 is bonded and fixed to the multi-chip module substrate 1 (FIG. 4 (w), FIG. 5). (W)).
[0070]
Finally, the projection 27 for positioning and fixing of the fixing block 17 having the optical fiber 6 manufactured in FIGS. 4 (a), 5 (a) to 4 (i) and 5 (i) is shown in FIG. 5 (j), FIGS. 5 (j) to 4 (w) and 5 (w), the optical waveguide 6 is inserted into the concave portion 22 for positioning and fixing of the polymer waveguide 15 without centering. The polymer waveguide 15 is connected (FIGS. 4 (x) and 5 (x)).
[0071]
Next, referring to FIG. 2, results of trial production of a connection portion by a connection method between the polymer waveguide and the optical fiber shown in FIGS. 4 (a), 5 (a) to 4 (x), and 5 (x) will be described. Will be explained.
[0072]
The dimensions of the core 18 of the polymer waveguide 15 are 8 μm in width and 8 μm in height, the thickness of each of the lower cladding layer 19 and the upper cladding layer 20 is 15 μm, the relative refractive index difference is 0.35%, and the measurement wavelength is 1. The connection loss was measured at 3 μm.
[0073]
As a result, the connection loss by the connection method of the present invention was a very low value of 0.08 dB, whereas the connection loss by the conventional connection method under the same conditions was a very high value of 0.15 dB.
[0074]
As described above, by using the connection method of the present invention, it is not necessary to perform alignment when connecting the optical fiber 6 and the polymer waveguide 15, the connection can be easily performed, and the connection loss is reduced.
[0075]
In the present embodiment, the case where the waveguide is a polymer waveguide has been described, but the present invention is not limited to this, and the waveguide may be a quartz glass waveguide. In this embodiment, the case where the reflecting mirror is inclined at 45 degrees with respect to the optical axis of the polymer waveguide and the optical fiber has been described. However, if the polymer waveguide and the optical fiber can be optically coupled, the angle is limited to 45 degrees. Not something.
[0076]
As described above, according to the present invention, when connecting the polymer waveguide and the optical fiber, the polymer waveguide side reflecting mirror and the concave portion (or convex portion) for positioning and fixing are formed on the end face of the polymer waveguide. It is necessary to form an optical fiber-side reflecting mirror and a convex portion (or concave portion) for positioning and fixing on the fiber fixing block, and insert (fit) these convex portions for positioning into the concave portion to perform centering. Therefore, the polymer waveguide and the optical fiber can be easily connected. Therefore, this connection portion can be applied to a multi-chip module substrate of a polymer waveguide (a laminated substrate of an electric wiring substrate and a polymer waveguide).
[0077]
【The invention's effect】
In short, according to the present invention, the waveguide and the optical fiber are each provided with a reflection mirror, and the two are connected so that the concave and convex portions for positioning and fixing are fitted to each other. It is possible to provide a connection method with a fiber and a connection structure thereof.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an external perspective view showing a connection portion to which a method for connecting a waveguide and an optical fiber according to the present invention is applied.
FIG. 2 is a sectional view taken along the line II-II of the connecting portion shown in FIG.
FIG. 3 is a diagram showing a state of light propagation in a connection portion between the waveguide and the optical fiber shown in FIGS.
4 (a) to 4 (x) are process diagrams showing a method for connecting a waveguide and an optical fiber according to the present invention.
5 (a) to (x) are right side views of FIGS. 4 (a) to (x).
FIG. 6 is an external perspective view of a connection portion between a polymer waveguide and an optical fiber to which a conventional method for connecting a waveguide to an optical fiber is applied.
FIG. 7 is a sectional view taken along line VII-VII of the connecting portion shown in FIG. 6;
FIG. 8 is a diagram showing a state of light propagation in a connection portion between the waveguide and the optical fiber shown in FIGS. 6 and 7.
FIGS. 9A to 9K are process diagrams showing a conventional example of a connection method between a waveguide and an optical fiber.
FIGS. 10 (a) to (k) are right side views of FIGS. 9 (a) to 9 (k).
[Explanation of symbols]
REFERENCE SIGNS LIST 1 multi-chip module substrate 6 optical fiber 11 core 12 clad 15 polymer waveguide 16 height adjusting block 17 fixing block 18 core 19 lower cladding layer 20 upper cladding layers 21 and 23 Reflector (optical path vertical bending part)
22 concave part 27 convex part

Claims

In a connection method of connecting an optical fiber to a waveguide formed on a substrate, a waveguide-side reflecting mirror that reflects light propagating through the waveguide at an end of the waveguide to an opposite side of the substrate is formed. An end of the optical fiber is fixed to a fixing block, and an optical fiber-side reflecting mirror for making light from the waveguide-side reflecting mirror incident on the optical fiber is formed at a common end of the fixing block and the optical fiber. Then, either the concave portion or the convex portion for positioning is formed on the bottom surface of the fixing block and the upper surface of the waveguide, respectively, and the waveguide and the fixing block are fitted so that the convex portion fits into the concave portion. And a method for connecting a waveguide and an optical fiber.

The waveguide and the optical fiber according to claim 1, wherein the inclination angle of the waveguide-side reflector with respect to the optical axis of the waveguide and the inclination angle of the optical fiber-side reflector with respect to the optical axis of the optical fiber are 45 degrees. Connection method.

In the connection structure between the waveguide and the optical fiber formed on the substrate, a waveguide-side reflecting mirror formed at the end of the waveguide and reflecting light propagating through the waveguide to the opposite side of the substrate, A fixing block fixed to an end of the optical fiber, and an optical fiber-side reflection formed at a common end of the fixing block and the optical fiber to make light from the waveguide-side reflecting mirror incident on the optical fiber; Mirror, any one of which is formed on the bottom surface of the fixing block and the top surface of the waveguide, and includes a concave or convex portion for positioning where the waveguide and the optical fiber are connected by fitting. A connection structure between a waveguide and an optical fiber.

4. The waveguide according to claim 3, wherein an inclination angle of the waveguide-side reflector with respect to the optical axis of the waveguide and an inclination angle of the optical fiber-side reflector with respect to the optical axis of the optical fiber are 45 degrees. Connection structure.