JP2004170578A

JP2004170578A - 光導波路を用いた光結合方法

Info

Publication number: JP2004170578A
Application number: JP2002334702A
Authority: JP
Inventors: Takashi Shioda; 塩田剛史
Original assignee: Mitsui Chemicals Inc
Current assignee: Mitsui Chemicals Inc
Priority date: 2002-11-19
Filing date: 2002-11-19
Publication date: 2004-06-17

Abstract

【課題】本発明の目的は、上記の問題を回避すべく集光機能を用いず、基板などを加工することなく低コストで光結合を行える方法を提供することにある。
【解決手段】コアを備えた光ファイバまたは光導波路素子を第２の光学部品と光結合するため光ファイバーまたは光導波路素子に光を入射し、光ファイバまたは光導波路素子の出射端のコア形状をそこからの出射光により認識することにより出射端のコア位置を特定して、第２の光学部品と位置合わせをすることを特徴とする光結合方法である。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光部品の結合方法に関し、特に光合分波器、波長フィルタ、光集積回路、光インターコネクション用光学部品、光電気混載配線板等を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光部品、あるいは光ファイバの基材としては、光伝搬損失が小さく、伝送帯域が広いという特徴を有する石英ガラスや多成分ガラス等の無機系の材料が広く使用されているが、最近では高分子系の材料も開発され、無機系材料に比べて加工性や価格の点で優れていることから、光導波路用材料として注目されている。例えば、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、あるいは、ポリスチレンのような透明性に優れた高分子をコアとし、そのコア材料よりも屈折率の低い高分子をクラッド材料としたコア−クラッド構造からなる平板型光導波路が作製されている（特開平３−１８８４０２号）。これに対して耐熱性の高い透明性高分子であるポリイミドを用い低損失の平板型光導波路が実現されている（特開平２−１１０５００号）。コストなどの要求から光インターコネクション分野において、面発光型レーザ（ＶＣＳＥＬ）が搭載されようとしているが、基板に対して垂直に出射するレーザ光を基板に対して水平な光導波路に入射するとき、約９０°の光路変換が必要となる。高分子光導波路では、ダイシングソーによって、約４５°に切削し、９０°光路変換を可能にしている（特開平１０−３００９６１）。しかしながら、ダイシングソーで切削する場合、必要な場所以外も４５°に切削してしまうこと、切削時に汚染の恐れがあること、更には、受発光素子との間隔を５０μｍ以下にすることは難しく、切削だけでは集光機能が無いため光が発散してしまい損失の原因になるなどの問題がある。マイクロレンズを用いることも考えられるが、そのような場合、レンズ用樹脂の粘度、導波路表面の濡れ性管理などコスト高になってしまう。また、空気中を伝搬するため、反射が起こり入出力強度も小さくかつ不安定になるなどの問題があった。可とう性を有するプラスチック光導波路を曲げて受発光素子に結合する方法が提案されている（特開平５−２８１４２８）。しかしながら、基板を精度良く穴加工や曲面加工しなければならなく、コスト高になってしまう。また、そのような加工をすることにより電気配線の場所も制限されてしまう。更に、合分波器や波長フィルタなどの光導波路部品においても、光導波路と光ファイバの間の結合が必要となる。通常は半導体レーザから出射された光を光ファイバに通し光導波路に突き当て、光導波路からの出射光強度を測定しながら最大になるまで調心し結合するために時間もかかり、コスト高になってしまっていた。
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−３００９６１号公報
【０００４】
【特許文献２】特開平５−２８１４２８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記の問題を回避すべく集光機能を用いず、基板などを加工することなく低コストで光結合を行える方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、鋭意検討した結果、導波路にハロゲンランプなどを照射し反対側からコア形状を観察することにより、前記課題を解決できることを見出し本発明を完成させた。すなわち本発明は、コアを備えた光ファイバまたは光導波路素子を第２の光学部品と光結合するため光ファイバーまたは光導波路素子に光を入射し、光ファイバまたは光導波路素子の出射端のコア形状をそこからの出射光により認識することにより出射端のコア位置を特定して、第２の光学部品と位置合わせをすることを特徴とする光結合方法である。ここで光結合される第２の光学部品としては発光素子、受光素子であり、また光ファイバーや光導波路素子にも有効である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の光結合方式について説明する。ここでは、ポリイミド光導波路、面発光型あるいは面受光型光素子を例に挙げて説明するが、光導波路の材料としてポリイミド以外の光学用材料の樹脂、各種光素子、および光素子の代わりに光ファイバなどを用いて光結合することももちろん可能である。図１に本発明の光結合方法の一例を示す。
【０００８】
まず、フォトリソグラフィとドライエッチング技術を用いて、高分子光導波路を作製する。この光導波路を、所望の形状にダイシングソー等で切り出す。得られた光導波路フィルム１を面発光型あるいは、面受発光型の光素子２に直接結合する。このとき、結合面とは反対側からハロゲンランプ３などで導波路端面に照射する。光導波路のコアを導波してきたハロゲンランプ光を結合面からカメラ等４で観察することにより、図３に模式的に示したようにクラッド１２に囲まれたコア断面１１の形状がはっきりと見える。コア形状をマーカとして位置を記憶させる。同様にカメラを用い、面発光型および面受光型の光素子２のそれぞれ出射口、受光口を観察し、位置を記憶させる。このとき、発光素子および受光素子はそれぞれ駆動（発光、受光）する必要が無く低コストかつ高生産で実装可能となる。最後に両者の中心位置を合わせる形で、導波路を光素子に近づけ、エポキシ系接着材５を用いて接着することで図２のように結合が完成する。
【０００９】
【実施例】
引き続いて、いくつかの実施例を用いて本発明を更に詳しく説明する。なお、分子構造の異なる種々の高分子を用いることにより数限りない本発明の高分子光導波路型光部品および光電気混載配線板が得られることは明らかである。したがって、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
【００１０】
（実施例１）
４インチシリコンウェハ上に２，２−ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）ヘキサフルオロプロパン二無水物（６ＦＤＡ）と２，２−ビス（トリフルオロメチル）−４，４’ −ジアミノビフェニル（ＴＦＤＢ）からなるフッ素化ポリイミドをクラッドとし、６ＦＤＡとＴＦＤＢ、４，４’ −オキシジアニリン（ＯＤＡ）からなる共重合フッ素化ポリイミドをコアとして光導波路をフォトリソグラフィと反応性イオンエッチングによって作製した。コアとクラッドの比屈折率差を１％とした。コアサイズは幅４０μｍ、高さ２０μｍである。その後、このシリコンウェハ上の光導波路を５ｗｔ％のフッ酸水溶液中に浸漬させ、シリコンウェハから光導波路を剥し、フィルム光導波路を作製した。長さ７ｃｍ、幅５ｍｍになるように光導波路をダイシングソーにより切り出した。このようにして得られた光導波路を真空チャック付の冶具にとりつけ、光素子との結合部とは反対側の端面をハロゲンランプで照射し、結合部側からＣＣＤカメラで観察した。模式的に図２に示したようにコア形状がはっきりと観察でき、中心位置をゼロ点として記憶させた。次に面発光素子の発光部をＣＣＤカメラで観察し同様に中心位置を記憶させた。このとき、面発光素子は駆動していない。導波路のコアと面発光素子のそれぞれ中心が合うように光導波路を降下させ、ＵＶ硬化型エポキシ接着材で結合させた。このようにして形成された結合の結合損失は０．５ｄＢであった。
【００１１】
（実施例２）
実施例１と同様に作製した幅５ｍｍ、長さ７ｃｍの光導波路フィルムを真空チャック付の冶具にとりつけ、受光素子との結合部とは反対側の端面をハロゲンランプで照射し、結合部側からＣＣＤカメラで観察した。コア形状がはっきりと観察でき、中心位置をゼロ点として記憶させた。次に受光素子の受光部をＣＣＤカメラで観察し同様に中心位置を記憶させた。このとき、受光素子は駆動していない。導波路のコアと受光素子のそれぞれ中心が合うように光導波路を降下させ、ＵＶ硬化型エポキシ接着材で結合させた。このようにして形成された結合の結合損失は０．１ｄＢであった。
【００１２】
（実施例３）
実施例１と同様に作製した幅５ｍｍ、長さ７ｃｍの光導波路フィルムを真空チャック付の冶具にとりつけ、光ファイバとの結合部とは反対側の端面をハロゲンランプで照射し、結合部側からＣＣＤカメラで観察した。コア形状がはっきりと観察でき、中心位置をゼロ点として記憶させた。次に真空チャック付の冶具にとりつけられたマルチモード光ファイバの先端をＣＣＤカメラで観察し同様に中心位置を記憶させた。コア直径は５０μｍであった。このとき、光ファイバに光を伝搬させる必要はない。導波路のコアと光ファイバのそれぞれ中心が合うように光導波路を降下させ、ＵＶ硬化型エポキシ接着材で結合させた。このようにして形成された結合の結合損失は０．２ｄＢであった。
【００１３】
（実施例４）
実施例１と同様に作製した幅５ｍｍ、長さ７ｃｍの光導波路フィルム２枚を真空チャック付の冶具にそれぞれとりつけ、結合したい部分を中心に上下方向に並べた。結合部とは反対側の端面をハロゲンランプでそれぞれ照射し、結合部側から両方の光導波路端面をＣＣＤカメラで観察した。コア形状がはっきりと観察でき、両方の中心位置をゼロ点として記憶させた。両方の導波路コアの中心がそれぞれ合うように片方の光導波路を降下させ、ＵＶ硬化型エポキシ接着材で結合させた。このようにして形成された結合の結合損失は０．２ｄＢであった。
【００１４】
【発明の効果】
本発明による光導波路と光受発光素子または光ファイバ、あるいは光導波路同士との結合構造を用いることにより、結合効率が良好でかつ量産性の優れた光部品や光電気混載配線板などが製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による光導波路と面受発光素子の結合方法の一例を示す図。
【図２】本発明の方法で結合された光導波路と面発光素子を示す図。
【図３】本発明によるカメラにより観察したマーカとなるコア形状を模式的に示す図。
【符号の説明】
１：光導波路フィルム、２：光素子、３：ハロゲンランプ、
４：カメラ、５：接着剤、１１：コア断面、１２：クラッド断面

Claims

コアを備えた光ファイバまたは光導波路素子を第２の光学部品と光結合するため光ファイバーまたは光導波路素子に光を入射し、光ファイバまたは光導波路素子の出射端のコア形状をそこからの出射光により認識することにより出射端のコア位置を特定して、第２の光学部品と位置合わせをすることを特徴とする光結合方法。
第２の光学部品が発光素子または受光素子であることを特徴とする請求項１に記載の光結合方法。
第２の光学部品が光ファイバーまたは光導波路素子であることを特徴とする請求項１に記載の光結合方法。