JP2005141066A - 光デバイスおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 第１および第２のユニットの各光軸の位置精度を向上する。
【解決手段】 光ファイバ１４を支持する第１の支持基板１６を有する光ファイバユニット１１、光学素子１５を支持する第２の支持基板１７を有する光学ユニット１２を支持する第３の支持基板１８に対して、光ファイバユニット１１および光学ユニット１２を位置決めするための位置決め機構２０を備える。位置決め機構２０は、第３の支持基板１８の基準面１８ａに対向する光ファイバユニット１１の対向面１６ａ、基準面１８ａに対向する光学ユニット１２の対向面１７ａおよび基準面１８ａに設けられた位置決め用凹部２６，２７，２８と、これら位置決め用凹部２６，２７，２８に係合される位置決め用ボール２９とを有する。第１の支持基板１６の対向面１６ａ側には、光ファイバ１４が支持され、第２の支持基板１７の対向面１７ａ側には、光学素子１５が支持される。
【選択図】 図２

Description

本発明は、例えば光スイッチ、光アッテネータ等の光デバイスに関し、特に、光軸が互いに一致されて配設される光ファイバおよび光学素子をそれぞれ支持する支持基板を備える光デバイスに関する。

従来の光デバイスとしては、支持基板上に、光ファイバ、光学素子および光源がそれぞれ配設される構成が開示されている（例えば特許文献１参照。）。

図１８に示すように、特許文献１に開示されている従来の光デバイス１０１は、光ファイバ１１６と、レーザーダイオード１１５と、レンズ素子１１３ａ，１１３ｂを有する光学基板１１１と、これら光ファイバ１１６、レーザーダイオード１１５および光学基板１１１をそれぞれ支持する支持基板１１２とを備えている。

支持基板１１２は、Ｓｉ層１１２ａ上にＳｉＯ₂層１１２ｂ、Ｓｉ層１１２ｃが積層されたＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板からなる。支持基板１１２の主面上には、ＳＯＩ基板のＳｉＯ₂層１１２ｂを、エッチング処理時のエッチング・ストッパ層として利用しエッチング処理を施すことで、断面Ｖ字状のファイバ支持溝１２０および光源支持溝が形成され、これらファイバ支持溝１２０および光源支持溝に、光ファイバ１１６およびレーザーダイオード１１５がそれぞれ支持されている。そして、支持基板１１２の主面上には、エッチング処理によって開口部１１８が形成され、この開口部１１８内の支持面１１７上に、光学基板１１１が設けられて、レンズ素子１１３ａ，１１３ｂの光軸が、光ファイバ１１６およびレーザーダイオード１１５の光軸に対して、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に位置決めされている。

また、従来の他の光デバイスとしては、支持基板上に、光ファイバを有するファイバ支持基板、光学素子であるレンズを有する素子支持基板、および光源を有する光源支持基板がそれぞれ配設される構成が開示されている（例えば特許文献２参照。）。

図１９に示すように、特許文献２に開示されている従来の光デバイス２０１は、光ファイバ２５０を支持するファイバ支持基板２１１と、レンズ２３０を支持する素子支持基板２１２と、半導体レーザ２４０を支持する光源支持基板２１３と、これら各支持基板２１１，２１２，２１３を支持する支持基板２１０とを備えている。

各支持基板２１１，２１２，２１３の主面上には、エッチング処理によって、ファイバ支持溝２２１、レンズ支持溝２２２、光源支持溝２２５がそれぞれ形成されており、これらファイバ支持溝２２１、レンズ支持溝２２２、光源支持溝２２５に、光ファイバ２５０、レンズ２３０、半導体レーザ２４０がそれぞれ支持されている。

支持基板２１０の主面上には、各支持基板２１１，２１２，２１３を位置決めするための位置決め用突部２２３が設けられている。また、各支持基板２１１，２１２，２１３には、支持基板２１０の主面に対向する対向面に、位置決め用突部２２３に係合される位置決め用凹部２２０が形成されている。そして、従来の光デバイス２０１では、支持基板２１０の位置決め用突部２２０を各支持基板２１１，２１２，２１３の位置決め用凹部２２０に係合させることで、光ファイバ２５０、レンズ２３０、半導体レーザ２４０の各光軸が位置決めされている。
特開２００２−１０７５８０号公報（図１） 特開平９−３１１２５３号公報（図５３）

ところで、光デバイスでは、光学損失を抑え、光学特性を向上するために、光ファイバの光軸と、光学素子の光軸とを高精度に位置決めすることが求められている。また、光デバイスでは、特に、光ファイバおよび光学素子を支持する支持基板の厚さ方向に対する光軸の位置精度の誤差を数μｍ〜サブμｍ程度に抑える必要がある。

しかしながら、光ファイバを支持するためのファイバ支持溝、および光学素子を支持するための素子支持溝を支持基板に形成する場合、一般的な機械加工では、加工精度が乏しく、上述した位置精度を達成することが非常に困難である。

また、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術を利用して、ファイバ支持溝および素子支持溝を支持基板に形成する場合にも、エッチング処理条件のバラツキに起因して加工寸法に誤差が生じてしまう。このため、ファイバ支持溝および素子支持溝の深さにバラツキが生じることで、光ファイバおよび光学素子の光軸は、支持基板の厚み方向に対する位置精度が損なわれてしまう問題がある。

したがって、図１８に示すように、従来の光デバイス１０１では、エッチング処理条件のバラツキによってファイバ支持溝１２０、開口部１１８の支持面１１７等の加工寸法にバラツキが生じるため、光ファイバ１１６、レーザーダイオード１１５、レンズ素子１１３ａ，１１３ｂの各光軸のＹ軸方向に対する位置決め精度に誤差が生じてしまう問題がある。

また、この従来の光デバイス１０１では、複数の光ファイバ１１６を備える、いわゆる複数チャンネル構造にされる場合、支持基板１１２上に、各光ファイバ１１６の光軸をそれぞれ調整して組み付ける作業が煩雑になり、組付け精度が乏しい。

また、図１９に示すように、従来の光デバイス２０１は、光デバイス１０１と同様に、エッチング処理条件のバラツキによってファイバ支持溝２２１、レンズ支持溝２２２、光源支持溝２２５および位置決め用凹部２２０等の加工寸法にバラツキが生じるため、光ファイバ２５０、レンズ２３０、半導体レーザ２４０の各光軸のＹ軸方向に対する位置決め精度に誤差が生じてしまう。

さらに、従来の光デバイス２０１では、支持基板２１０上に支持される３つの各支持基板２１１，２１２，２１３の厚さを等しく形成する必要があり、これら各支持基板２１１，２１２，２１３の厚さのバラツキによっても、光ファイバ２５０、レンズ２３０、半導体レーザ２４０の各光軸のＹ軸方向に対する位置決め精度に誤差が生じてしまう。

また、この光デバイス２０１は、例えば製造工程での加工効率を向上するためなどの理由から各支持基板のいずれかの厚さ等を変更する必要が生じた際に対応することが困難である不都合がある。

すなわち、上述した従来の光デバイスでは、光ファイバ等がファイバ支持基板等の主面上に支持される構造であるため、光ファイバの光軸等の位置精度が、ファイバ支持溝の加工精度に影響されてしまう問題がある。

そこで、本発明は、第１および第２のユニットの各光軸の位置精度を向上することができる光デバイスおよびその製造方法を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するため、本発明に係る光デバイスは、光ファイバまたは第１の光学素子を支持する第１の支持基板を有する第１のユニットと、第２の光学素子を支持する第２の支持基板を有する第２のユニットと、第１のユニットおよび第２のユニットを支持する第３の支持基板と、第３の支持基板に対して、第１のユニットおよび第２のユニットを位置決めするための位置決め手段とを備える。位置決め手段は、第３の支持基板の主面に対向する第１のユニットの対向面または前記主面の該対向面に対向する領域、および、第３の支持基板の主面に対向する第２のユニットの対向面または前記主面の該対向面に対向する領域にそれぞれ設けられた位置決め用凹部と、この位置決め用凹部に係合される位置決め部材とを有する。そして、第１の支持基板の対向面側には、光ファイバまたは第１の光学素子が支持される。また、第２の支持基板の対向面側には、第２の光学素子が支持される。

以上のように構成した本発明に係る光デバイスは、位置決め用凹部に位置決め部材が係合されることによって、第３の支持基板に対して第１の光学ユニットおよび第２の光学ユニットが位置決めされ、第３の支持基板に対する第１のユニットおよび第２のユニットの各光軸が位置決めされる。そして、本発明の光デバイスによれば、第１の支持基板の対向面側および第２の支持基板の対向面側に、光ファイバまたは第１の光学素子、および第２の光学素子がそれぞれ支持されているため、第１および第２の支持基板の厚さ、位置決め用凹部の深さ等の加工寸法に生じたバラツキによって、第１のユニットの光軸と第２のユニットの光軸との相対位置には変化が生じないため、第１および第２のユニットの各光軸の位置精度が向上される。

また、本発明に係る光デバイスが備える位置決め手段は、大きさが互いに異なる複数の位置決め部材、または大きさが互いに異なる複数の位置決め用凹部を有してもよい。これによって、光デバイスは、第１のユニットの光軸および第２のユニットの一方の光軸を、他方の光軸に対して容易に傾斜させることで、光軸の傾斜角が調整される。

また、本発明に係る光デバイスが備える位置決め手段の位置決め用凹部は、位置決め部材が、光ファイバの光軸または第１の光学素子に平行または直交し、且つ対向面に平行な方向に調動可能に設けられてもよい。これによって、位置決め用凹部に対して位置決め部材を調動することで、第１のユニットの光軸または第２のユニットの光軸が、第３の支持基板の主面に平行な平面上で調整される。

また、本発明に係る光デバイスの製造方法は、光ファイバまたは第１の光学素子を支持する第１の支持基板を有する第１のユニット、および第２の光学素子を支持する第２の支持基板を有する第２のユニットを組み立てる第１の工程を有する。また、本発明の光デバイスの製造方法は、第１のユニットおよび第２のユニットを支持する第３の支持基板の主面に対向する第１のユニットの対向面または前記主面の該対向面に対向する領域、および、第３の支持基板の主面に対向する第２のユニットの対向面または前記主面の該対向面に対向する領域にそれぞれ設けられた位置決め用凹部と、この位置決め用凹部に係合される位置決め部材とを有し、第３の支持基板に対して第１のユニットおよび第２のユニットを位置決めするための位置決め手段を介して、
第１の支持基板の対向面側に光ファイバまたは第１の光学素子が支持された第１のユニット、および第２の支持基板の対向面側に第２の光学素子が支持された第２のユニットを、第３の支持板に組み立てる第２の工程を有する。

上述した本発明に係る光デバイスの製造方法によれば、第３の支持基板に、第１の工程で予め組み付けられた第１および第２のユニットを、位置決め手段を介してそれぞれ位置決めして組み立てることによって、第１および第２のユニットの各光軸が容易且つ確実に位置決めされる。したがって、本発明の光デバイスは、特に、第１のユニットが複数の光ファイバを備える、いわゆる複数チャンネル構造にされた場合に、各光ファイバの光軸の位置をそれぞれ調整して組み付ける煩雑な作業が解消される。

上述したように本発明によれば、第１のユニットの光軸と第２のユニットの光軸とを高精度に位置決めすることが可能になり、特に、第３の支持基板の厚さ方向に対する光軸の位置精度を向上することができる。したがって、本発明は、第１および第２のユニットの各光軸が高精度に位置決めされるため、光学損失を抑え、光学特性を向上することができる。

以下、本発明の具体的な実施形態について、図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１および図２に示すように、第１の実施形態に係る光デバイス１は、光ファイバ１４およびこの光ファイバ１４を支持する第１の支持基板１６を有する光ファイバユニット１１と、この光ファイバユニット１１に対してビーム光の授受を行う光学素子１５およびこの光学素子１５を支持する第２の支持基板１７を有する光学ユニット１２と、これら光ファイバユニット１１および光学ユニット１２を支持する第３の支持基板１８とを備えている。

また、この光デバイス１は、第３の支持基板１８に対して、光ファイバユニット１１の第１の支持基板１６および光学ユニット１２の第２の支持基板１７を、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に対してそれぞれ位置決めするための位置決め手段である位置決め機構２０を備えている。なお、図１および図２に示すように、光ファイバ１４の光軸に直交し、且つ第３の支持基板１８の主面に平行な方向をＸ軸方向、光ファイバ１４の光軸に直交し、且つ第３の支持基板１８の主面に直交する方向をＹ軸方向、光ファイバ１４の光軸に平行な方向をＺ軸方向としている。

光ファイバユニット１１の第１の支持基板１６は、例えばシリコンによって矩形状に形成されており、第３の支持基板１８の主面１８ａ（以下、基準面１８ａと称する。）に対向する対向面１６ａ上に、各光ファイバ１４を支持するための各ファイバ支持溝２１がそれぞれ設けられている。各ファイバ支持溝２１は、四角錐状（断面Ｖ字状）に形成されており、第１の支持基板１６の長辺方向と平行に、この長辺方向の両側端に開口して設けられている。

各光ファイバ１４は、例えば、シングルモード型光ファイバが用いられており、光学ユニット１２側に臨む一端部に、ビーム光を平行光に変換するためのレンズ部材（不図示）が接合されて固定されている。このレンズ部材としては、例えば、所定長さのグレーディッドインデックス型光ファイバ（屈折率分布型光ファイバ）、マイクロフレネルレンズ、ボールレンズ、セルフォックレンズ等が設けられている。すなわち、各光ファイバ１４は、光学ユニット１２に臨む端部が、コリメータとして構成されている。また、各光ファイバ１４には、図示しないが、グレーディッドインデックス型光ファイバの光学ユニット１２側の端面に、光軸に対して傾斜された傾斜面が形成されており、この傾斜面に、出射されるビーム光の反射を防止するためのＡＲコート（Anti Reflection Coating）処理が施されている。

そして、図３に示すように、光ファイバユニット１１は、第１の支持基板１６の各ファイバ支持溝２１内に、例えば、接着材、溶接材やはんだ等のろう材等によって、各光ファイバ１４が接合されて固定されており、光ファイバアレイとして構成されている。また、各光ファイバ１４は、レンズ部材側の一端部が、第１の支持基板１６の側端から外方に僅かに突出させて固定されている。

光学ユニット１２の第２の支持基板１７は、例えばシリコンによって矩形状に形成されており、第３の支持基板１８の基準面１８ａに対向する対向面１７ａ上に、光学素子１５を支持するための素子支持溝２２が設けられている。素子支持溝２２は、底面を有する四角錐台状の凹部に形成されており、光ファイバユニット１１側に隣接する側端に、この側端に開口して設けられている。

図４に示すように、光学素子１５は、素子支持溝２２内に、例えば、接着材、溶接材やはんだ等のろう材等によって接合されて固定されている。光学素子１５としては、例えば、発光素子、受光素子、ミラー、レンズ、光スイッチ、光導波路、減衰フィルタ（光アッテネータ）、波長フィルタ（光モジュレータ）等が用いられる。

第３の支持基板１８は、例えばシリコンによって矩形状に形成されている。なお、第１、第２および第３の支持基板１６，１７，１８としては、例えばＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板やガラス基板等の他の材料からなる基板が用いられてもよい。

位置決め機構２０は、第１の支持基板１６の対向面１６ａ上に設けられた各位置決め用凹部２６と、第２の支持基板１７の対向面１７ａ上に設けられた各位置決め用凹部２７と、第３の支持基板１８の基準面１８ａ上に設けられた各位置決め用凹部２８と、これら各位置決め用凹部２６，２７，２８内に係合される複数の位置決め用ボール２９とを有している。

各位置決め用凹部２６，２７，２８は、各々同一寸法をなす例えば正四角錐台状にそれぞれ形成されている。位置決め用凹部２６は、第１の支持基板１６の各角部近傍に位置してそれぞれ設けられている。同様に、位置決め用凹部２７は、第２の支持基板１７の各角部近傍に位置してそれぞれ設けられている。また、位置決め用凹部２８は、位置決め用凹部２６，２７に対向する位置にそれぞれ形成されている。位置決め用ボール２９は、例えば、ガラス材、金属材、樹脂材等によって直径５００μｍ程度に形成されており、外周面が、各位置決め用凹部２６，２７，２８の内周面に当接される。

したがって、光デバイス１では、各位置決め用ボール２９を介して、第３の支持基板１８の基準面１８ａ上に、光ファイバユニット１１および光学ユニット１２がそれぞれ支持されている。そして、第１の支持基板１６の対向面１６ａ側に支持された光ファイバ１４、および第２の支持基板１７の対向面１７ａ側に支持された光学素子１５は、第３の支持基板１８の基準面１８ａに対して所定の間隙が確保されている。

ところで、第１、第２および第３の支持基板１６，１７，１８には、ファイバ支持溝２１、素子支持溝２２、位置決め用凹部２６，２７，２８が、後述するエッチング処理によってマスクパターンを用いてそれぞれ形成されている。しかしながら、各支持基板１６，１７，１８上にフォトリソグラフィ処理によってマスクパターンを形成する際に、シリコンウェハの結晶方位とマスクパターンとに微少な位置ズレが生じてしまう。このようなマスクパターンの位置ズレと、ファイバ支持溝２１等を加工する際のエッチング処理条件のバラツキとによって、これらファイバ支持溝２１、素子支持溝２２、位置決め用凹部２６，２７，２８が、設定値に対して数μｍ〜数１０μｍの寸法誤差が生じてしまう。

ここで、ファイバ支持溝２１に係合される光ファイバ１４の光軸の位置、および素子支持溝２１に支持される光学素子１５の位置について説明する。

図５（ａ）に示すように、ファイバ支持溝２１について、正方形をなす開口の一辺が幅２Ｗ₁、水平方向に対する内周面の傾斜角θ（対向面に平行な平面に対する傾斜角θ）とし、光ファイバ１４が半径Ｒ₁として、ファイバ支持溝２１内に係合された光ファイバ１４の光軸Ｏ₁と、第１の支持基板１６の対向面１６ａとの間のＹ軸方向の距離Ｈ₁を算出する。

光ファイバ１４の光軸Ｏ₁が、光ファイバ１４とファイバ支持溝２１の内周面との当接点Ｐに対して、鉛直方向に寸法ａ、水平方向に寸法ｂの点に位置されているとすれば、三角関数により、
各寸法ａ，ｂは、
ａ＝Ｒ₁cosθ、ｂ＝Ｒ₁sinθ
となる。

また、第１の支持基板１６の対向面１６ａに対する当接点ＰのＹ軸方向の位置ｃは、
ｃ＝（Ｗ₁−ｂ）tanθ＝（Ｗ₁sinθ−Ｒ₁sin²θ）／cosθ
となる。

そして、光ファイバ１４の光軸は、第１の支持基板１６の対向面１６ａに対するＹ軸方向の距離Ｈ₁が、
Ｈ₁＝ａ−ｃ
＝Ｒ₁cos²θ−（Ｗ₁sinθ×Ｒ₁sin²θ）／cosθ
＝（Ｒ₁−Ｗ₁sinθ）／cosθ
によって算出される。

したがって、光ファイバ１４の光軸Ｏ₁は、距離Ｈ₁が、半径Ｒ₁および幅２Ｗ₁の値によって決定される。

なお、主面の面方位が（１００）面のＳｉウェハを使用して、結晶方位（１１１）面である内周面が形成される場合には、傾斜角θ＝５４．７度となる。

図示しないが、位置決め用凹部２６内に係合される位置決め用ボール２９の中心と、対向面１６ａとの間のＹ軸方向の距離についても、上述した光ファイバ１４の距離Ｈ₁と同様に算出されるため、説明を省略する。

また、図５（ｂ）に示すように、素子支持溝２２内に、例えば略直方体をなす光学素子１５が支持される場合、素子支持溝２２のＸ軸方向の開口の一辺が幅２Ｗ₂、光学素子１５のＸ軸方向の幅２Ｋとすれば、光学素子１５の天面１５ａと、第２の支持基板１７の対向面１７ａとの間の距離ｃは、
ｃ＝（Ｗ₂−Ｋ）tanθ
によって算出される。

したがって、光学素子１５の距離ｃは、幅２Ｗ₂および幅２Ｋの値によって決定される。すなわち、素子支持溝２２内に係合される光学素子１５の外形寸法が定まっている場合、光学素子１５の距離ｃは、幅２Ｗ₂の値によって決定される。

続いて、第１および第２の支持基板１６，１７について、ファイバ支持溝２１、素子支持溝２２、位置決め用凹部２６，２７に生じる寸法誤差を、図面を参照して説明する。

図６に示すように、エッチング処理時の処理条件のバラツキによって、ファイバ支持溝２１の内周面をなす結晶方位（１１１）面に直交する図６中矢印方向に対して、変位量Ｅだけ設定寸法以上にエッチングが進行し、いわゆるオーバー・エッチングが生じてしまう。この場合、ファイバ支持溝２１は、第１の支持基板１６の対向面１６ａに直交する深さ方向の変化量Ｄが、
Ｄ＝Ｅsinθ
によって算出される。

以下、ファイバ支持溝２１、素子支持溝２２、位置決め用凹部２６，２７の深さ方向の変化量Ｄと、第３の支持基板１８の基準面１８ａに対する光ファイバ１４および光学素子１５の各光軸の位置との関係について説明する。

図７（ａ）に示すように、第１の支持基板１６の対向面１６ａに、ファイバ支持溝２１および位置決め用凹部２６が設定寸法に形成されているとき、第３の支持基板１８の基準面１８ａに対するＹ軸方向の光ファイバ１４の光軸の位置Ｈ_OPT1は、
Ｈ_OPT1＝２Ｈ_BAL1−Ｈ_FIB1
によって算出される。

但し、第１の支持基板１６の対向面１６ａおよび第３の支持基板１８の基準面１８ａに対するＹ軸方向の位置決め用ボール２９の中心位置Ｈ_BAL1、第１の支持基板１６の対向面１６ａに対するＹ軸方向の光ファイバ１４の光軸の位置Ｈ_FIB1とする。

図７（ｂ）に示すように、ファイバ支持溝２１および位置決め用凹部２６に、変位量Ｅだけ設定寸法以上にエッチングが進行して寸法誤差が生じたとき、第１の支持基板１６の対向面１６ａに対するＹ軸方向の位置決め用ボール２９の中心位置Ｈ_BAL2とすれば、基準面１８ａに対する光ファイバ１４の光軸の位置Ｈ_OPT1は、
Ｈ_OPT1＝Ｈ_BAL1＋Ｈ_BAL2−Ｈ_FIB2
Ｈ_BAL2＝Ｈ_BAL1−Ｅsinθ，Ｈ_FIB2＝Ｈ_FIB1−Ｅsinθ
となる。

したがって、基準面１８ａに対する光ファイバ１４の光軸の位置Ｈ_OPT1は、
Ｈ_OPT1＝Ｈ_BAL1＋（Ｈ_BAL1−Ｅsinθ）−（Ｈ_FIB1−Ｅsinθ）
＝２Ｈ_BAL1−Ｈ_FIB1
となる。

すなわち、光ファイバ１４の光軸のＹ軸方向の位置Ｈ_FIB1は、エッチング処理条件のバラツキによって、第１の支持基板１６のファイバ支持溝２１および位置決め用凹部２６に寸法誤差が生じた場合であっても、常に一定になる。

したがって、光デバイス１は、第１の支持基板１６のファイバ支持溝２１および位置決め用凹部２６の加工精度に影響されることなく、第３の支持基板１８の基準面１８ａに対して光ファイバ１４の光軸を高精度に位置決めされる。

なお、第１の支持基板１６のファイバ支持溝２１および位置決め用凹部２６に各光ファイバ１４および位置決め用ボール２９がそれぞれ係合される場合について説明したが、第２の支持基板１７の素子支持溝２２および位置決め用凹部２７の光学素子１５および位置決め用ボール２９が係合される場合についても同様であるため、説明を省略する。

また、図示しないが、第３の支持基板１８の位置決め用凹部２８の深さに寸法誤差が生じた場合には、光ファイバユニット１１の対向面１６ａおよび光学ユニット１２の対向面１７ａと、第３の支持基板１８の基準面１８ａとの間隙の寸法が変動することになる。

しかしながら、第３の支持基板１８の各位置決め用凹部２８が同一のエッチング処理条件で形成されているため、各位置決め用凹部２８におけるバラツキが生じることがなく、また第３の支持基板１８上に光ファイバユニット１１および光学ユニット１２がそれぞれ支持されているため、第３の支持基板１８に支持される光ファイバユニット１２と光学ユニット１１とのＹ軸方向の相対位置に変化が生じることがない。

すなわち、光デバイス１では、第３の支持基板１８の位置決め用凹部２８の深さに寸法誤差が生じた場合でも、光ファイバユニット１１に支持されている光ファイバ１４の光軸と、光学ユニット１２の光学素子１５の光軸とのＹ軸方向の相対位置が変動することがない。

したがって、第１の支持基板１６、第２の支持基板１７、第３の支持基板１８のいずれも、ファイバ支持溝２１、素子支持溝２２、位置決め用凹部２６，２７，２８の深さに寸法誤差が生じた場合であっても、光ファイバ１４の光軸に対して光学素子１５の光軸が高精度に位置決めされるため、光学損失の低減が図られ、光学特性が向上される。

なお、上述したように、第３の支持基板１８の位置決め用凹部２８の深さに寸法誤差が生じた場合には、第３の支持基板１８の基準面１８ａと、光ファイバユニット１１の対向面１６ａおよび光学ユニット１２の対向面１７ａとの間の距離が変動することになるが、直径１２５μｍの光ファイバ１４に対して、比較的大きな直径５００μｍ程度の位置決め用ボール２９が用いられているため、第１の支持基板１６側に支持された光ファイバ１４が、第３の支持基板１８の基準面１８ａに当接することなく、充分な間隙が確保されている。

次に、上述した第１の支持基板１６にファイバ支持溝２１および位置決め用凹部２６を形成する溝加工工程を、図面を参照して説明する。なお、第２の支持基板１７および第３の支持基板１８に、素子支持溝２２、位置決め用凹部２７，２８を形成する溝加工工程も同一であるため、説明を省略する。

まず、第１の支持基板１６をなすＳｉ基板として、例えば、４インチの場合には、厚さ５２５μｍで片面研磨、厚さ４００μｍで両面研磨、厚さ３００μｍで両面研磨のものや、６インチの場合には、厚さ６２５μｍの片面研磨されたものが適用される。

図８（ａ）に示すように、このようなＳｉ基板３０の両面上に、例えば熱酸化法やＣＤＶ（Chemical Vapor Deposition：化学蒸着）法等によって、マスク材をなすＳｉＯ₂膜３１を堆積させる。このＳｉＯ₂膜３１の膜厚は、エッチング処理によって加工する溝の深さに応じて異なるが、例えば数１００μｍ〜数μｍ程度に設定される。

図８（ｂ）に示すように、ファイバ支持溝２１および位置決め用凹部２６を加工するＳｉ基板３０の主面上に、例えばスピンコート法によってフォトレジストを塗布する。同様に、加工を行わないＳｉ基板３０の裏面上にも、フォトレジスト３２を塗布する。フォトレジスト３２を塗布した後、露光、現像して、フォトレジスト３２を所望のパターンに形成する。

図８（ｃ）に示すように、例えばバッファードフッ化水素酸（ＢＨＦ）、フッ化水素酸（ＨＦ）等の溶液によってウエットエッチング処理を施して、Ｓｉ基板３０の主面上のＳｉＯ₂膜３１が所定のマスクパターンに形成される。なお、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）で加工してもよく、その場合には、裏面にフォトレジスト３２を塗布する必要がない。

続いて、図８（ｄ）に示すように、ＳｉＯ₂膜３１による所定のマスクパターンが形成されたＳｉ基板３０には、例えば水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）、水酸化カリウム（ＫＯＨ）等の溶液によってウエットエッチング処理を行うことで、ファイバ支持溝２１および位置決め用凹部２６がそれぞれ加工される。なお、Ｓｉ基板３０には、四角錐状のファイバ支持溝２１が形成された時点でエッチング処理を終了することで、四角錐台状の位置決め用凹部２６が形成される。

そして、図８（ｅ）に示すように、Ｓｉ基板３０にファイバ支持溝２１および位置決め用凹部２６がそれぞれ形成された後、ＨＦ等によるウエットエッチング処理によって、Ｓｉ基板３０の表裏面上のＳｉＯ₂膜３１によるマスクパターンを除去することで、第１の支持基板１６が形成される。

以上のように、第１の支持基板１６は、エッチング処理条件による寸法誤差が生じた場合であっても、同一のエッチング処理条件でファイバ支持溝２１および位置決め用凹部２６がそれぞれ形成されるため、ファイバ支持溝２１および位置決め用凹部２６に寸法誤差がほぼ均一に生じることになる。

また、第１、第２、第３の支持基板１６、１７，１８は、同一のバッチで同一のエッチング処理条件下で、溝加工工程が行われることが望ましい。これによって、光デバイス１における光ファイバ１４および光学素子１５の光軸のＹ軸方向に対する位置精度が更に向上される。しかしながら、光デバイス１によれば、第１、第２、第３の支持基板１６、１７，１８が、各々別のバッチで異なるエッチング処理条件下で、溝加工工程が施された場合であっても、Ｙ軸方向に対する光ファイバ１４および光学素子１５の光軸の位置精度を充分に得ることができる。

上述した溝加工工程を経て形成された第１の支持基板１６および第２の支持基板１７には、各光ファイバ１４および光学素子１５が接合されて、光ファイバユニット１１および光学ユニット１２として組み立てられる。

そして、光デバイス１の製造工程では、第３の支持基板１８の基準面１８ａの各位置決め用凹部２８内に、各位置決め用ボール２９がそれぞれ載置され、各位置決め用ボール２９が、予め組み付けられた光ファイバユニット１１および光学ユニット１２の各位置決め用凹部２６，２７に係合されることで、基準面１８ａに平行なＸ軸およびＹ軸方向に対して位置決めされるとともに、基準面１８ａに直交するＹ軸方向に対して位置される。位置決めされた状態で、光デバイス１は、各位置決め用ボール２９が係合された各位置決め用凹部２６，２７，２８内に例えば接着材等を注入することによって固定される。この結果、光デバイス１は、第３の支持基板１８に支持された光ファイバユニット１１の各光ファイバ１４の光軸と、光学ユニット１２の光学素子１５の光軸とが、容易且つ確実に高精度に位置決めされる。

上述したように、光デバイス１は、第３の支持基板１８の基準面１８ａに対向する各対向面１６ａ，１７ａ側に光ファイバ１４および光学素子１５が支持された第１の支持基板１６および第２の支持基板１７を備えることで、製造工程のエッチング処理条件の差異に起因するファイバ支持溝２１、素子支持溝２２、位置決め用凹部２６，２７，２８の加工寸法のバラツキによって、光ファイバ１４の光軸および光学素子１５の光軸の位置精度が影響されずに一定になるため、光ファイバ１４および光学素子１５の光軸のＹ軸方向に対する位置精度を向上することができる。したがって、光デバイス１によれば、光学損失を抑え、光学特性を向上することができる。

また、光デバイス１によれば、光ファイバ１４および光学素子１５が第１および第２の支持基板１６，１７の対向面１６ａ，１７ａ側に支持されることで、第１および第２の支持基板１６，１７の厚さにかかわらずに、第３の支持基板１８の基準面１８ａに対する光ファイバ１４および光学素子１５の光軸のＹ軸方向に対する位置が一定であるため、第１および第２の支持基板１６，１７の厚さを任意の厚さに設定することが可能になり、溝加工工程等に応じた最適な厚さの支持基板を選択することができる。

また、光デバイス１によれば、予め組み立てられた光ファイバユニット１１および光学ユニット１２を、第３の支持基板１８の基準面１８ａに対して、位置決め用ボール２９を介して位置決めすることで、光ファイバ１４および光学素子１５の光軸をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に対して高精度に位置決めし、容易且つ確実に組み立てることができる。

（第２の実施形態）
上述した光デバイス１は、各位置決め用ボール２９を介して、第３の支持基板１８の基準面１８ａに対して、光ファイバユニット１１の対向面１６ａおよび光学ユニット１２の対向面１７ａがそれぞれ平行に位置決めされるように構成されたが、光ファイバユニットおよび光学ユニットの少なくとも一方が、第３の支持基板の基準面に対して傾斜された状態に位置決めされるように構成された第２の実施形態の光デバイスについて説明する。なお、第２の実施形態の光デバイスは、上述した光デバイス１と基本構成が同様であるため、同一部材には同一符号を付して説明を省略する。

図９に示すように、第２の実施形態に係る光デバイス２は、第３の支持基板上に、光学ユニット１２が、位置決め用ボール２９ａおよび位置決め用ボール２９ｂを介して支持されている。位置決め用ボール２９ｂの直径は、位置決め用ボール２９ａの直径よりもやや大きく形成されている。

したがって、光デバイス２では、各位置決め用ボール２９ａと位置決め用ボール２９との直径差、各中心間の距離等に応じて、光学ユニット１２をＸ軸回り方向に傾斜させることで、光ファイバユニット１１の光ファイバ１４の光軸に対する光学素子１５の光軸の傾斜角を微調整することが可能にされている。

なお、図示しないが、光デバイス２では、直径が異なる位置決め用ボール２９ａ，２９ｂを有する構成にされたが、例えば、位置決め用凹部の形状や大きさ等を異ならせることで傾斜させる構成にされてもよく、光ファイバユニット側を傾斜させる構成にされてもよいことは勿論である。

（第３の実施形態）
上述した光デバイス１は、第３の支持基板１８上に、光ファイバユニット１１および光学ユニット１２が、各位置決め用ボール２９を介して支持されることで、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に対して位置決めされるように構成されたが、必要に応じてＸ軸方向およびＺ軸方向に対して光ファイバユニットおよび光学ユニットが調動可能に構成された第３の実施形態の光デバイスについて説明する。なお、第３の実施形態の光デバイスは、上述した光デバイス１と基本構成が同様であるため、同一部材には同一符号を付して説明を省略する。

図１０に示すように、第３の実施形態の光デバイス３は、位置決め用ボール２９を介してＸ軸方向に調動可能な第１の支持基板４６を有する光ファイバユニット４１と、位置決め用ロッド４０を介してＺ軸方向に調動可能な第２の支持基板４７を有する光学ユニット４２と、第１の支持基板４６を位置決め用ボール２９を介してＸ軸方向に調動可能に支持するとともに第２の支持基板４７を位置決め用ロッド４０を介してＺ軸方向に調動可能に支持する第３の支持基板４８とを備えている。

第１の支持基板４６の対向面には、位置決め用ボール２９がＸ軸方向に調動可能に係合される位置決め用凹部５１が設けられている。第２の支持基板４７の対向面には、位置決め用ロッド４０がＺ軸方向に調動可能に係合される位置決め用凹部５２が設けられている。位置決め用ロッド４０は、例えば円柱状や角柱状に形成されている。また、第３の支持基板４８には、第１の支持基板４６の位置決め用凹部５１および第２の支持基板４７の位置決め用凹部５２に対応する位置に、Ｘ軸方向に調動可能な位置決め用凹部５３およびＺ軸方向に調動可能な位置決め用凹部５４がそれぞれ設けられている。

そして、光デバイス３は、第３の支持基板４８上で、光ファイバユニット４１および光学ユニット４２がそれぞれ調動された後、例えば接着材等によって、各位置決め用凹部５１，５２，５３，５４内の所定の位置に位置決め用ボール２９および位置決め用ロッド４０が固定される。

上述したように、光デバイス３によれば、第３の支持基板４８に対して光ファイバユニット４１の光軸をＸ軸方向に調整するとともに、第３の支持基板４８に対して光学ユニット４２の光軸をＺ軸方向に調整することができる。

また、図示しないが、光デバイスは、位置決め用ロッドが係合される位置決め用凹部が、長手方向に沿って幅が次第に変化する、いわゆるテーパ状に形成されてもよい。このように形成された場合、位置決め用凹部内で位置決め用ロッドの位置を調整することで、光ファイバの光軸に対する光学素子の光軸の傾斜角を微調整することも可能になる。

（第４の実施形態）
上述した光デバイス１は、光ファイバユニット１１および光学ユニット１２のみを備える構成にされたが、更に他の光学ユニットを備える第４の実施形態の光デバイスについて図面を参照して説明する。なお、第４の実施形態の光デバイスは、上述した光デバイス１と基本構成が同一であるため、同一部材、同一箇所には同一符号を付して説明を省略する。

図１１に示すように、第４の実施形態の光デバイス４は、光ファイバユニット１１と光学ユニット１２との間に位置して設けられる他の光学ユニット６３と、これら光ファイバユニット１１および光学ユニット１２、他の光学ユニット６３をそれぞれ支持する第３の支持基板６５とを備えている。

他の光学ユニット６３は、光ファイバユニット１１の光ファイバ１４の光軸および光学ユニット１２の光学素子１５の光軸に対して、光軸が一致される光学素子６６と、この光学素子６６を支持する第４の支持基板６７とを有している。第４の支持基板６７には、第３の支持基板６５の基準面に対向する対向面に、上述した光学ユニット１２と同様に、光学素子６６を支持する素子支持溝（不図示）および位置決め用ボール２９が係合される位置決め用凹部６９がそれぞれ設けられている。光学素子６６としては、例えば波長フィルタや減衰フィルタ等が用いられて、光デバイス４が、光アッテネータや光モジュレータとして構成される。

また、第３の支持基板６５の基準面には、第４の支持基板６７の位置決め用凹部６９に対応する位置に、位置決め用ボール２９が係合される位置決め用凹部７０がそれぞれ設けられている。

なお、光デバイス４は、必要に応じて更に他の光デバイスを備える構成にされてもよいことは勿論である。

（第５の実施形態）
上述した光デバイス１は、四角錐状のファイバ支持溝２１、四角錐台状の素子支持溝２２および位置決め用凹部２６，２７，２８を備える構成にされたが、他の形状の位置決め用凹部が設けられた第４の実施形態の光デバイスについて説明する。なお、第４の実施形態の光デバイスは、上述した光デバイス１と基本構成が同一であるため、同一部材には同一符号を付して説明を省略する。

図１２および図１３に示すように、第５の実施形態の光デバイス５は、丸穴状の位置決め用凹部７４が設けられた第２の支持基板７３を有する光学ユニット７２を備えている。この位置決め用凹部７４は、第２の支持基板７３の対向面７３ａに対して内周面が垂直にされており、正方形状の底面を有している。位置決め用凹部７４には、開口縁に位置決め用ボール２９が係合される。

図１３に示すように、位置決め用凹部７４について、内径２Ｍ、位置決め用ボール２９が半径Ｒ₂、位置決め用凹部７４に係合された位置決め用ボール２９の中心Ｏ₂とすれば、位置決め用凹部７４内に係合された位置決め用ボール２９の中心Ｏ₂と、第２の支持基板７３の対向面７３ａとの間のＹ軸方向の距離Ｈ₂は、
Ｈ₂＝√（Ｒ₂ ²−Ｍ²）
によって算出される。

なお、位置決め用凹部７４について説明したが、ファイバ支持溝および素子支持溝が丸穴状の凹部として形成された場合も同様であるため、説明を省略する。

すなわち、例えば丸穴や角穴状等のファイバ支持溝に支持される光ファイバ１４の光軸の位置も、上述したファイバ支持溝２１に支持される光ファイバ１４の光軸のＹ軸方向の位置と同様に算出され、第３の支持基板の基準面に対して常に一定になる。

光デバイスは、特に、後述する光スイッチとして適用される場合、光学ユニットのスイッチ素子を構成する固定ミラーおよび可動ミラーを、例えばドライエッチングにより、第２の支持基板の対向面に対して垂直に形成するため、このエッチング処理で、位置決め用凹部も同様に対向面に対して垂直に形成することが都合がよい。また、このような光スイッチでは、例えばＤＲＩＥ（Deep RIE：深堀反応性イオンエッチング）によって、固定ミラーおよび可動ミラーが、第２の支持基板の対向面から垂直に形成されることで、これら固定ミラーおよび可動ミラーの光軸を、光ファイバユニット（光ファイバアレイ）の光軸に対して、容易に高精度に位置決めすることができる。

なお、上述したように、位置決め用凹部、およびファイバ支持溝、素子支持溝は、必要に応じて他の任意の形状に形成されてもよい。

また、図示しないが、位置決め用凹部、ファイバ支持溝および素子支持溝は、第１および第２の支持基板を厚み方向に貫通する貫通穴とされてもよい。この構成の場合には、貫通穴内に対して、第１および第２の支持基板の対向面の反対側の開口から接着材等を注入することによって、位置決め用ボール等を接合することもできる。また、接着材として光硬化性の接着剤を用いる場合、第１および第２の支持基板の対向面の反対側の開口から光を照射することにより、容易に光硬化性の接着剤を硬化させることができる。 （第６の実施形態）
本発明に係る光デバイスが適用された光スイッチについて、図面を参照して説明する。光スイッチにおいて、上述した光デバイス１と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。

図１４および図１５に示すように、光スイッチ６は、４本の光ファイバ１４ａ〜１４ｄが設けられた第１の支持基板８０を有する光ファイバユニット７１と、固定ミラー８６ａ〜８６ｄおよび可動ミラー８７ａ，８７ｂが設けられた第２の支持基板８１を有する光学ユニット７２と、これら光ファイバユニット７１および光学ユニット７２を支持する第３の支持基板８２とを備えている。

光ファイバユニット７１は、第１の支持基板８０の対向面８０ａ側に、各光ファイバ１４ａ〜１４ｄの先端部が非等間隔に配列されて、光路長を後述するように調整するように配置されている。本実施形態では、光ファイバ１４ａおよび１４ｃの組と、光ファイバ１４ｂおよび１４ｄの組とに分けられ、いずれか一方の組（例えば光ファイバ１４ａおよび１４ｃ）が出射側光ファイバで、他方の組（例えば光ファイバ１４ｂおよび１４ｄ）が入射側光ファイバとなる。

光学ユニット７２は、固定ミラー８６ａ〜８６ｄが、第２の支持基板８１の対向面８１ａ側に一体に形成されている。一方、可動ミラー８７ａ，８７ｂは、第２の支持基板８１に対して厚み方向であるＹ軸方向に移動可能な可動部８９に設けられている。可動部８９は、第２の支持基板８１に設けられた凹部８１ａ内に位置し、平面部８９ａと、この平面部８９ａを凹部８１ａの内周面に接続する弾性を有する梁部８９ｂと、平面部８９ａから連続して形成されたステージ部８９ｃとからなる。そして、ステージ部８９ｃ上に、可動ミラー８７ａ，８７ｂが設けられている。また、第２の支持基板８１の対向面８１ａ上またはこの対向面８１ａの反対側の主面上には、可動ミラー８７ａ，８７ｂを駆動するための駆動手段（不図示）が設けられている。

図１５に拡大して模式的に示すように、平面的に見ると、光ファイバ１４ａの先端部の前方に固定ミラー８６ａが位置し、光ファイバ１４ｂの先端部の前方に可動ミラー８７ａと固定ミラー８６ｂが位置し、光ファイバ１４ｃの先端部の前方に可動ミラー８７ｂと固定ミラー８６ｃが位置し、光ファイバ１４ｄの先端部の前方に固定ミラー８６ｄが位置している。なお、第２の支持基板８１の厚さ方向に見ると、可動ミラー８７ａ，８７ｂは、可動部８９が図１４に示すような初期位置にあるときに、光ファイバ１４ｂ，１４ｃと対向し、可動部８９がＹ軸方向に移動したときに、光ファイバ１４ｂ，１４ｃと対向しない位置に移動する。光ファイバ１４ａ〜１４ｄの先端部は非等間隔で配列されているが、これらの光軸は互いに平行であり、固定ミラー８６ａ〜８６ｄおよび可動ミラー８７ａ，８７ｂの反射面は全てこれらの光軸に対して４５度傾いた姿勢で配置されている。

本実施形態では、可動部８９の、光ファイバ１４ａ〜１４ｄに臨む側の反対側にも、上述したのと全く同一の、ダミーのステージ部８９ｃおよび可動ミラー８７ａ，８７ｂと固定ミラー８６ａ〜８６ｄが設けられている。これによって、可動部８９は完全に対称形状になるため、移動時にねじり等の不要な動きを生じることがない。このため、各可動ミラー８７ａ，８７ｂのビーム光に対する相対角度や相対位置が正確に保たれる。

なお、本実施形態の光ファイバ１４ａ〜１４ｄは、グレーデッドインデックス型光ファイバを備えたファイバコリメータであり、端面が、クリーブまたは研磨により３〜８度程度傾斜させられ、反射防止用のＡＲコート処理が施されて、反射損失を減じてある。そして、各光ファイバ１４ａ〜１４ｄは、グレーデッドインデックス型光ファイバが設けられた先端部がほぼ一直線上に並ぶように配置されている。

第２の支持基板８１に設けられている駆動手段は、可動部８９に吸引力または反発力を働かせる電磁アクチュエータまたは静電アクチュエータであるが、これは従来から周知の構成であるためここでは図示および説明を省略する。なお、駆動手段として電磁アクチュエータを用いる場合には、図示しない磁性体または磁石が可動部８９に設けられる。駆動手段として静電アクチュエータを用いる場合には、可動部８９とその対向する面に一対の電極（図示せず）が形成される。

このような構成の光スイッチ６において、図１４に示されている状態では、可動部８９の梁部８９ｂは弾性変形せず、平面部８９ａ上の可動ミラー８７ａ，８７ｂは、光ファイバ１４ｂ，１４ｃと対向するように位置する。したがって、例えば、図１５に実線で示すように、光ファイバ１４ａから出射されたビーム光は、固定ミラー８６ａに反射され、さらに可動ミラー８７ａに反射されて光ファイバ１４ｂに入射する。光ファイバ１４ｃから出射されたビーム光は、可動ミラー８７ｂに反射され、さらに固定ミラー８６ｄに反射されて光ファイバ１４ｄに入射する。このようにして、光ファイバ１４ａから１４ｂに至る光路と、光ファイバ１４ｃから１４ｄに至る光路が形成されている。

一方、駆動手段が駆動されて可動部８９に吸引力または反発力を及ぼしたとき、梁部８９ｂが弾性変形して、平面部８９ａおよびステージ部８９ｃが第２の支持基板８１の上方または下方に移動する。これによって、ステージ部８９ｃ上の可動ミラー８７ａ，８７ｂは、光ファイバ１４ａ〜１４ｄの先端部に対向しない位置に移動する。すなわち、可動ミラー８７ａ，８７ｂは光ファイバ１４ａ〜１４ｄの光路から退出するため、例えば、図１５に１点鎖線で示すように、光ファイバ１４ａから出射されたビーム光は、固定ミラー８６ａに反射され、さらに固定ミラー８６ｄに反射されて光ファイバ１４ｄに入射する。光ファイバ１４ｃから出射されたビーム光は、可動ミラー８７ａ，８７ｂが光路上に存在しないため、固定ミラー８６ｃに反射され、さらに固定ミラー８６ｂに反射されて、光ファイバ１４ｂに入射する。このようにして、光ファイバ１４ａから１４ｄに至る光路と、光ファイバ１４ｃから１４ｂに至る光路が形成されている。

この場合の光路長について説明する。まず、可動部８９が図示されている初期位置にある状態（切り換え前）では、光ファイバ１４ａから、固定ミラー８６ａおよび可動ミラー８７ａを介して光ファイバ１４ｃに至る光路が形成されており、その光路長（各光ファイバの先端部間の距離）は、図１５に示すように、Ｅ＋Ａ＋Ｅ＝Ａ＋２Ｅである。そして、光ファイバ１４ｃから、可動ミラー８７ｂおよび固定ミラー８６ｄを介して光ファイバ１４ｄに至る光路も形成され、その光路長はＥ＋Ｃ＋Ｅ＝Ｃ＋２Ｅである。これに対し、可動部８９が移動した状態では、光ファイバ１４ａから、固定ミラー８６ａおよび固定ミラー８６ｄを介して光ファイバ１４ｄに至る光路が形成されており、その光路長はＥ＋Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｅ＝Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋２Ｅである。そして、光ファイバ１４ｃから、固定ミラー８６ｃおよび固定ミラー８６ｂを介して光ファイバ１４ｂに至る光路も形成され、その光路長はＥ＋Ｄ＋Ｂ＋Ｄ＋Ｅ＝Ｂ＋２Ｄ＋２Ｅである。ここで、各光ファイバ１４ａ〜１４ｄと固定ミラー８６ａ〜８６ｄおよび可動ミラー８７ａ，８７ｂの相対位置関係を、Ａ＝Ｃ＝Ｂ＋２Ｄと設定することにより、考えられる４通りの光路のうちの３つの光路長が等しくなる。したがって、これらの３つの光路に関しては、光ファイバ１４ａ〜１４ｄがファイバコリメータである場合にも全て最適な条件で光ファイバ間の光の伝達が行える。

一般にアド・ドロップ方式といわれる光通信方式の光学手段では、「IN」、「OUT」、「ADD」、「DROP」という４つの光ファイバを組み合わせて光路を構成するが、特に切り換え前後の「IN」−「OUT」という光路と「ADD」−「OUT」という光路と、「IN」−「DROP」という光路が重要であり、これらの光路ができるだけ低損失で良好に光の伝達を行えるようにしたいため、少なくともこれらの光路長、具体的には光ファイバの端部間の距離を一致させて、且つファイバコリメータの特性に応じて最適な距離になるように配置する。しかし、「ADD」−「DROP」という光路は、アド・ドロップ方式の光通信において通常はあまり必要とされないので、光路長についても特に問わない。したがって、図１５に示す構成では、光ファイバ１４ａ〜１４ｄを、例えば「ADD」、「OUT」、「IN」、「DROP」の順に設定すれば、「IN」−「OUT」光路の光路長（Ｂ＋２Ｄ＋２Ｅ）と、「ADD」−「OUT」光路の光路長（Ａ＋２Ｅ）と、「IN」−「DROP」光路の光路長（Ｃ＋２Ｅ）を等しくすることができ、「ADD」−「DROP」光路の光路長（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋２Ｅ）のみ異なるようにすることができる。これによると、全ての光路の光路長が同一ではないが、十分な効果が得られる。なお、「ADD」、「OUT」、「IN」、「DROP」の組み合わせは上述したものに限られず、光の入射と出射の関係が適正であり、「ADD」−「DROP」以外の３つの光路の光路長が全て等しくなるような組み合わせであれば、自由に設定することができる。

上述した通り、Ａ＝Ｃ＝Ｂ＋２Ｄと設定することにより３つの光路（アド・ドロップ方式の場合、「IN」−「OUT」、「ADD」−「OUT」、「IN」−「DROP」）の光路長を等しくできる。実際には、ファイバコリメータの特性、ファイバの径や各ミラーの大きさ等を考慮した上で、適切な寸法が選択される。

本実施形態では、１枚のミラーで複数のビーム光を同時に反射する構成にはなっておらず、１枚のミラーでは１つのビーム光のみを反射する構成であるため、各ミラーを小型化でき、ミラー配置領域を小さくできるので、それに伴って光ファイバ１４ａ〜１４ｄの先端部をより近接させて、光路長を短くすることができる。そして、光路長を短くすることによって、光ファイバ１４ａ〜１４ｄおよび各ミラー８６ａ〜８６ｄ，８７ａ，８７ｂの位置や角度のずれに対する許容範囲が大きくなる。

また、可動ミラー８７ａ，８７ｂが、好ましくはビーム光のスポット径の３倍以下、より好ましくは１．５倍程度と小型であるため、可動部全体を小型軽量化して、電磁石などの駆動手段の出力を小さく抑えることができるとともに、共振周波数を高くして高速光通信用にスイッチング速度を速くすることができる。さらに、光スイッチ全体を小型化して１枚のウェハから製造できる光スイッチの個数を増やし、製造コストを低減することも可能である。

最後に、上述した各実施形態の光デバイス１〜５、光スイッチ６に適用される変形例について、図面を参照して簡単に説明する。便宜上、上述した光デバイス１と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。

図１６に示すように、光ファイバユニット１１および光学ユニット１２を支持する第３の支持基板９３の基準面９３ａ上には、位置決め部材である上述の位置決め用ボール２９や位置決め用ロッド４０の代わりに、第１の支持基板１６および第２の支持基板１７の各位置決め用凹部に係合される位置決め用突部９４がそれぞれ一体に形成されている。位置決め用突部９４は、例えばエッチング処理によって四角柱状に形成されており、先端の外周縁が、位置決め用凹部２６の内周面に当接される。

また、図１７に示すように、光ファイバ１４を支持する第１の支持基板に９５は、四角錐状（断面Ｖ字状）の位置決め用凹部９６が形成されている。この第１の支持基板９５を支持する第３の支持基板９７の基準面９７ａ上には、位置決め用凹部９６に係合される位置決め用突部９８が一体に形成されている。位置決め用突部９８は、例えばエッチング処理によって三角錐台状に形成されており、先端部が、位置決め用凹部９６の内周面に当接される。

なお、図示しないが、位置決め用突部は、位置決め用凹部に係合される形状であれば、例えば半球状等の他の形状に任意に形成されてもよいことは勿論である。

また、本実施形態の光デバイスは、第１のユニットとして、光ファイバを有する光ファイバユニットを備える構成とされたが、光ファイバを備える構成に限定されるものではなく、第１のユニットが有する第１の光学素子としては、例えば、発光素子、受光素子、ミラー、レンズ、光スイッチ、光導波路、減衰フィルタ、波長フィルタ等が用いられてもよい。

本発明に係る第１の実施形態の光デバイスを示す平面図である。 前記光デバイスを示す側面図である。 図１の前記光デバイスを示すＡ−Ａ断面図である。 図１の前記光デバイスを示すＢ−Ｂ断面図である。 （ａ）が光ファイバを支持するファイバ支持溝を示す断面図、（ｂ）に光学素子を支持する素子支持溝を示す断面図である。 エッチング処理によるファイバ支持溝の変化量を説明するための模式図である。 ファイバ支持溝の変化に伴う光ファイバの光軸の位置を説明するための断面図であって、（ａ）は、設定寸法に形成されている状態を模式的に示す断面図、（ｂ）は、寸法誤差が生じた状態を模式的に示す断面図である。 Ｓｉ基板にファイバ支持溝および位置決め用凹部を形成する溝加工工程を模式的に示す断面図である。 第２の実施形態の光デバイスを模式的に示す側面図である。 第３の実施形態の光デバイスを模式的に示す平面図である。 第４の実施形態の光デバイスを模式的に示す側面図である。 第５の実施形態の光デバイスを模式的に示す側面図である。 位置決め用凹部を説明するための断面図である。 第６の実施形態の光デバイスを示す平面図である。 各光ファイバの光路長を説明するための模式図である。 位置決め用突部を示す断面図である。 他の位置決め用凹部および位置決め用突部を示す断面図である。 従来の光デバイスを示す斜視図である。 従来の他の光デバイスを示す斜視図である。

符号の説明

１ 光デバイス
１１ 光ファイバユニット
１２ 光学ユニット
１４ 光ファイバ
１５ 光学素子
１６ 第１の支持基板
１６ａ 対向面
１７ 第２の支持基板
１７ａ 対向面
１８ 第３の支持基板
１８ａ 基準面
２０ 位置決め機構
２１ ファイバ支持溝
２２ 素子支持溝
２６，２７，２８ 位置決め用凹部
２９ 位置決め用ボール

Claims (12)

1. 光ファイバまたは第１の光学素子を支持する第１の支持基板を有する第１のユニットと、
   第２の光学素子を支持する第２の支持基板を有する第２のユニットと、
   前記第１のユニットおよび前記第２のユニットを支持する第３の支持基板と、
   前記第３の支持基板に対して、前記第１のユニットおよび前記第２のユニットを位置決めするための位置決め手段とを備え、
   前記位置決め手段は、前記第３の支持基板の主面に対向する前記第１のユニットの対向面または前記主面の該対向面に対向する領域、および、前記第３の支持基板の前記主面に対向する前記第２のユニットの対向面または前記主面の該対向面に対向する領域にそれぞれ設けられた位置決め用凹部と、該位置決め用凹部に係合される位置決め部材とを有し、
   前記第１の支持基板の前記対向面側には、前記光ファイバまたは前記第１の光学素子が支持され、
   前記第２の支持基板の前記対向面側には、前記第２の光学素子が支持されていることを特徴とする光デバイス。
2. 前記位置決め部材は、ボール状またはロッド状に形成されている請求項１に記載の光デバイス。
3. 前記位置決め手段は、大きさが互いに異なる複数の前記位置決め部材、または大きさが互いに異なる複数の前記位置決め用凹部を有する請求項１または２に記載の光デバイス。
4. 前記位置決め部材は、前記第１、第２の支持基板の前記対向面、第３の支持基板の前記主面の少なくとも１つに一体に突出形成されている請求項１に記載の光デバイス。
5. 前記位置決め用凹部は、前記位置決め部材が、前記光ファイバまたは前記第１の光学素子の光軸に平行または直交し、且つ前記対向面に平行な方向に調動可能に設けられている請求項１ないし４のいずれか１項に記載の光デバイス。
6. 前記第１、第２、第３の支持基板の少なくとも１つは、シリコンからなる請求項１ないし５のいずれか１項に記載の光デバイス。
7. 前記位置決め用凹部は、エッチング処理によって形成されている請求項１ないし６のいずれか１項に記載の光デバイス。
8. 前記位置決め用凹部は、前記第１、第２の支持基板の前記対向面、第３の支持基板の前記主面の少なくとも１つに、内周面が直交されて設けられている請求項１ないし７のいずれか１項に記載の光デバイス。
9. 前記第１のユニットは、複数の前記光ファイバを有する請求項１ないし８のいずれか１項に記載の光デバイス。
10. 前記第１のユニットは、４本の前記光ファイバを有し、
    前記第２のユニットの前記第２の光学素子は、前記各光ファイバの光路を切り換える光スイッチ素子である請求項１ないし９のいずれか１項に記載の光デバイス。
11. 前記第３の支持基板には、他の光学素子を支持する他の支持基板を有する更に他のユニットが、前記位置決め手段を介して支持されている請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の光デバイス。
12. 光ファイバまたは第１の光学素子を支持する第１の支持基板を有する第１のユニット、および第２の光学素子を支持する第２の支持基板を有する第２のユニットを組み立てる第１の工程と、
    前記第１のユニットおよび前記第２のユニットを支持する第３の支持基板の主面に対向する前記第１のユニットの対向面または前記主面の該対向面に対向する領域、および、前記第３の支持基板の前記主面に対向する前記第２のユニットの対向面または前記主面の該対向面に対向する領域にそれぞれ設けられた位置決め用凹部と、該位置決め用凹部に係合される位置決め部材とを有し、前記第３の支持基板に対して前記第１のユニットおよび前記第２のユニットを位置決めするための位置決め手段を介して、
    前記第１の支持基板の前記対向面側に前記光ファイバまたは第１の光学素子が支持された前記第１のユニット、および前記第２の支持基板の前記対向面側に前記第２の光学素子が支持された前記第２のユニットを、前記第３の支持板に組み立てる第２の工程とを有することを特徴とする光デバイスの製造方法。

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