JP2005250115A - Optical waveguide module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高強度入射光に対する耐久性に優れた基板型光導波路モジュールに関する。 The present invention relates to a substrate type optical waveguide module excellent in durability against high intensity incident light.
従来より、基板型光導波路に光ファイバまたは光ファイバアレイを光結合可能に接合して作られた光導波路モジュールが知られている(例えば、非特許文献1,2参照。)。
図1は光導波路モジュールの一例として基板導波路型スプリッタモジュールの構成を示す斜視図である。この基板導波路型スプリッタモジュール1は、中央の基板型導波路2と、その長手方向一端面に接着固定された光ファイバアレイ3と、基板型導波路2の長手方向他端面に接着固定された光ファイバアレイ4とを備えて構成されている。本例示において、一方の光ファイバアレイ3には1心の光ファイバ5が接続され、他方の光ファイバアレイ4には8心の光ファイバ6が接続されている。基板型導波路2とそれぞれの光ファイバアレイ3,4とは、接着剤7で接着固定されている。従来、この接着剤7としては、紫外線硬化型や熱硬化型のエポキシ接着剤、アクリル接着剤などが用いられている。
また、基板型導波路2と光ファイバ5,6との接合は、レーザ接合が用いられる場合もある。
FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of a substrate waveguide type splitter module as an example of an optical waveguide module. The substrate waveguide
Further, laser bonding may be used for bonding the substrate-
近年、高増幅率の光ファイバアンプの出現などにより、光通信に用いられる光は映像伝送用などを中心に高強度化している。光通信に用いられる基板型光導波路モジュールでは、一般に光ファイバと導波路との接続に有機材料の接着剤を用いている。このため、従来の光導波路モジュールに高強度光を入射した場合、モジュール内部での発熱があると、光ファイバと導波路を固定している接着剤が劣化し、モジュールの長期信頼性を低下させる問題がある。 In recent years, with the advent of high-amplification optical fiber amplifiers, etc., the light used for optical communication has been strengthened mainly for video transmission. In a substrate type optical waveguide module used for optical communication, an organic material adhesive is generally used for connection between an optical fiber and a waveguide. For this reason, when high-intensity light is incident on a conventional optical waveguide module, if there is heat generated inside the module, the adhesive that fixes the optical fiber and the waveguide deteriorates, reducing the long-term reliability of the module. There's a problem.
本発明者らは、光導波路モジュールに高強度光を入射した場合に、接続部が高温になる原因を調査した。その結果、接続部に使用する接着剤の光吸収だけでなく、周囲の接着剤の光吸収も大きく影響していることが分かった。基板型光導波路と光ファイバの接続点では、光ファイバのコアと基板型光導波路のコアとの軸ズレや端面間ギャップにより光が漏れる。この漏れ光は、接続面の周囲を覆う接着剤に吸収され温度を上昇させる原因となる。図2は、光導波路モジュールの接続部における漏れ光発生及び温度上昇のメカニズムを説明するための図であり、図2(a)は基板導波路型スプリッタモジュール1の斜視図、(b)は(a)中の接続部の拡大断面図である。図2(b)に示すように、この接続部は導波路コア9とその周囲の導波路クラッド8からなる導波路側と、光ファイバコア11とその周囲の光ファイバクラッド10からなる光ファイバ側とが、それぞれのコア9,11の端面を接近させた状態で接合されている。それぞれのコア9,11の軸ズレ等により、導波路側からの光が光ファイバコア11に入射されず、光ファイバクラッド10を透過して外部に漏れ出す。図2(a)に示すように、光ファイバアレイ4の光ファイバ6外に出た漏れ光は、周囲の接着剤7に吸収され、温度上昇を起こす。
The inventors investigated the cause of the high temperature of the connection part when high-intensity light is incident on the optical waveguide module. As a result, it was found that not only the light absorption of the adhesive used for the connection portion but also the light absorption of the surrounding adhesive greatly affected. At the connection point between the substrate type optical waveguide and the optical fiber, light leaks due to an axial shift between the core of the optical fiber and the core of the substrate type optical waveguide or a gap between the end faces. This leakage light is absorbed by the adhesive covering the periphery of the connection surface and causes the temperature to rise. 2A and 2B are diagrams for explaining the mechanism of leakage light generation and temperature rise in the connection portion of the optical waveguide module. FIG. 2A is a perspective view of the substrate waveguide
基板型光導波路モジュールの基本的な光学特性の一つである挿入損失をできるだけ小さくするため、従来から光ファイバと基板型光導波路間の接続には、光の吸収が小さい接着剤を選定して使用している。しかし、その他の部分に用いる接着剤は光学特性に影響を及ぼさないため、光の吸収率については考慮されていなかった。 In order to minimize the insertion loss, which is one of the basic optical characteristics of substrate-type optical waveguide modules, an adhesive that absorbs less light has been selected for connection between optical fibers and substrate-type optical waveguides. I use it. However, since the adhesive used for the other portions does not affect the optical characteristics, the light absorption rate has not been considered.
本発明は前記事情に鑑みてなされ、高強度入射光に対する耐久性に優れ、信頼性の高い光導波路モジュールの提供を目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide an optical waveguide module that is excellent in durability against high-intensity incident light and has high reliability.
前記目的を達成するため、本発明は、光導波路とそれに接合された光ファイバとを備えた光導波路モジュールであって、光導波路と光ファイバとの接合部周辺に、光吸収率(ただし、この光吸収率は、接着剤の厚さを1mmとし、その光導波路モジュールの使用波長範囲の光に対する接着剤の光吸収率である。)が90%以下の接着剤を用いたことを特徴とする光導波路モジュールを提供する。
本発明の光導波路モジュールにおいて、光ファイバの先端に光ファイバアレイが形成され、該光ファイバアレイと光導波路とが、光吸収率が90%以下の前記接着剤を用いて接合された構成とすることができる。
また、光ファイバアレイのV溝基板と光ファイバ裸線、あるいはV溝基板と光ファイバ裸線及び光ファイバアレイの接合に光吸収率が90%以下の前記接着剤を用いた構成とすることができる。
また、光ファイバアレイのV溝基板テラス部に光吸収率が90%以下の前記接着剤を用いた構成とすることができる。
また、光導波路と光ファイバアレイをケース内に収め、ケース内に光吸収率が90%以下の充填剤を設けた構成とすることができる。
本発明の光導波路モジュールにおいて、固定部材上の光導波路に光ファイバがレーザ接合されてなり、その接合部近傍の光ファイバの一部が固定部材に、光吸収率が90%以下の前記接着剤を用いて接着固定された構成としてもよい。
In order to achieve the above object, the present invention provides an optical waveguide module comprising an optical waveguide and an optical fiber bonded to the optical waveguide. The optical absorptance is defined as the adhesive having a thickness of 1 mm and the optical absorptivity of the adhesive with respect to light in the wavelength range of use of the optical waveguide module. An optical waveguide module is provided.
In the optical waveguide module of the present invention, an optical fiber array is formed at the tip of an optical fiber, and the optical fiber array and the optical waveguide are bonded using the adhesive having a light absorption rate of 90% or less. be able to.
Further, the adhesive having an optical absorptance of 90% or less may be used for joining the V-groove substrate and the bare optical fiber of the optical fiber array, or joining the V-groove substrate and the bare optical fiber and the optical fiber array. it can.
Moreover, it can be set as the structure which used the said adhesive agent whose light absorptivity is 90% or less for the V-groove board | substrate terrace part of an optical fiber array.
Further, the optical waveguide and the optical fiber array can be housed in a case, and a filler having a light absorption rate of 90% or less can be provided in the case.
In the optical waveguide module of the present invention, an optical fiber is laser-bonded to an optical waveguide on a fixing member, a part of the optical fiber in the vicinity of the bonding portion is fixed to the fixing member, and the adhesive has a light absorption rate of 90% or less. It is good also as a structure fixed by adhesion using.
本発明の光導波路モジュールは、光導波路と光ファイバとの接合部周辺に、光吸収率90%以下の接着剤を用いた構成としたので、接合部からの漏れ光が接着剤に吸収され難く、漏れ光の吸収による接着剤の温度上昇を低く抑えることができ、高強度入射光に対する耐久性に優れ、信頼性の高い光導波路モジュールを提供することができる。 Since the optical waveguide module of the present invention uses an adhesive having a light absorption rate of 90% or less around the joint between the optical waveguide and the optical fiber, light leaked from the joint is hardly absorbed by the adhesive. In addition, an increase in the temperature of the adhesive due to absorption of leakage light can be suppressed to a low level, and an optical waveguide module having excellent durability against high-intensity incident light and high reliability can be provided.
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図3は本発明の光導波路モジュールの第1実施形態を示す斜視図であり、図3中、符号1は光導波路モジュールの一例である基板導波路型スプリッタモジュール、2は光導波路の一例である基板型導波路(詳しくは、8分岐スプリッタ)、3及び4は光ファイバアレイ、5及び6は光ファイバ、12は接着剤である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 3 is a perspective view showing a first embodiment of the optical waveguide module of the present invention. In FIG. 3,
この基板導波路型スプリッタモジュール1は、中央の基板型導波路2と、その長手方向一端面に接着固定された光ファイバアレイ3と、基板型導波路2の長手方向他端面に接着固定された光ファイバアレイ4とを備えて構成されている。本例示において、一方の光ファイバアレイ3には1心の光ファイバ5が接続され、他方の光ファイバアレイ4には8心の光ファイバ6(光ファイバテープ心線)が接続されている。基板型導波路2とそれぞれの光ファイバアレイ3,4とは、光吸収率(ただし、この光吸収率は、接着剤の厚さを1mmとし、その光導波路モジュールの使用波長範囲の光に対する接着剤の光吸収率である。)が90%以下の接着剤12を用いて接着固定されている。
The substrate waveguide
接着剤12は、前記光吸収率が90%以下であればよく、各種の接着剤12の中から適宜選択して使用できる。前記接着剤12の光吸収率が90%を超えると、基板型導波路2と光ファイバアレイ3,4との接合部から発生した漏れ光が接着剤に吸収される割合が多くなり、この基板導波路型スプリッタモジュール1に光通信で使用されるハイパワー光(数百mW〜1W程度)を送り、接合部の過剰損失が1〜2dB程度である場合、接着剤の温度がその耐熱温度を超え、接着剤の劣化が促進される可能性があるので好ましくない。
The adhesive 12 only needs to have a light absorption rate of 90% or less, and can be appropriately selected from
基板導波路型スプリッタモジュール1は、基板型導波路2と光ファイバアレイ3,4との接合部周辺に、光吸収率90%以下の接着剤12を用いた構成としたので、接合部からの漏れ光が接着剤12に吸収され難く、漏れ光の吸収による接着剤の温度上昇を低く抑えることができ、高強度入射光に対する耐久性に優れ、信頼性の高いものとなる。
なお、この光導波路モジュールは、プラスチックケースや金属チューブなどの適当なケース内に収め、ケース内に充填剤を設けた構成とすることもできる。この充填剤は光吸収率が90%以下の前記接着剤12と同じものでも良いし、例えば光吸収率が90%以下のグリスなど別種のものでもよい。この充填剤の機能としては、防湿、防水、振動・衝撃吸収などである。
Since the substrate waveguide
The optical waveguide module may be housed in a suitable case such as a plastic case or a metal tube, and a filler may be provided in the case. This filler may be the same as the adhesive 12 having a light absorption rate of 90% or less, or may be another type such as grease having a light absorption rate of 90% or less. Functions of this filler are moisture proofing, waterproofing, vibration / impact absorption, and the like.
図4は本発明の光導波路モジュールの第2実施形態を示す斜視図であり、図4中、符号1Bは光導波路モジュールの一例である基板導波路型スプリッタモジュール、2Bは光導波路の一例である基板型導波路(詳しくは、8分岐スプリッタ)、3B及び4Bは光ファイバアレイ、5及び6は光ファイバ、12,13は接着剤である。
FIG. 4 is a perspective view showing a second embodiment of the optical waveguide module of the present invention. In FIG. 4,
本実施形態では、リッド無し基板型導波路2Bと、リッド無し光ファイバアレイ3B,4Bを用い、基板型導波路2Bと光ファイバアレイ3B,4Bとの接合部と、光ファイバアレイ3B,4B上面とに複数の接着剤12,13を用いていることを特徴としている。このように接合部周辺に複数の接着剤12,13が複合して使用されている場合にも、本発明を適用することができる。
In the present embodiment, the
図5は本発明の光導波路モジュールの第3実施形態を示す斜視図であり、図5中、符号1Cは光導波路モジュールの一例である基板導波路型スプリッタモジュール、2Cは光導波路の一例である基板型導波路(詳しくは、8分岐スプリッタ)、5及び6は光ファイバ、12は接着剤、14はレーザ接合部である。 FIG. 5 is a perspective view showing a third embodiment of the optical waveguide module of the present invention. In FIG. 5, reference numeral 1C denotes a substrate waveguide type splitter module which is an example of the optical waveguide module, and 2C is an example of the optical waveguide. A substrate-type waveguide (specifically, an 8-branch splitter), 5 and 6 are optical fibers, 12 is an adhesive, and 14 is a laser junction.
この基板導波路型スプリッタモジュール1Cは、ガラス板や金属板などの平坦な固定部材上に基板型導波路2を固定し、その両端にそれぞれ光ファイバ5,6をレーザ融着して接合し、これらの光ファイバ5,6の被覆部分を、光吸収率90%以下の接着剤12を用いて固定部材上に接着固定した構成になっている。
This substrate waveguide type splitter module 1C fixes a
本実施形態による光導波路モジュールについても、前記第1実施形態の光導波路モジュールと同様の効果を得ることができる。 Also for the optical waveguide module according to the present embodiment, the same effects as those of the optical waveguide module of the first embodiment can be obtained.
なお、前述した各実施形態では、光導波路として8分岐スプリッタを例示しているが、本発明はこれに限定されることなく、他のタイプの光スプリッタ、方向性結合器、アレイ導波路型合分波器(AWG)などの各種の基板型導波路を含む光導波路モジュールに適用することができる。 In each of the above-described embodiments, an eight-branch splitter is exemplified as the optical waveguide. However, the present invention is not limited to this, and other types of optical splitters, directional couplers, arrayed waveguide type couplers are used. The present invention can be applied to an optical waveguide module including various substrate-type waveguides such as a duplexer (AWG).
[サンプル1]
図3に示すように、基板型導波路2(8分岐スプリッタ)と光ファイバアレイ3,4とを接着剤で接合した。この接合部の過剰損失は1dBであった。図3に示すように接合部周辺に、光吸収率10%(波長1.55μm、厚さ1mmで測定した光吸収率)の接着剤を塗布して基板導波路型スプリッタモジュールを製造した。この光吸収率10%の接着剤は、エポキシ系紫外線硬化型接着剤であり、ガラス転移点130℃、せん断接着強さ120kgf/cm2以上のものを用いた。
[Sample 1]
As shown in FIG. 3, the substrate-type waveguide 2 (8-branch splitter) and the
[サンプル2]
接着剤として、光吸収率50%の接着剤を用いた以外は、サンプル1と同様にして基板導波路型スプリッタモジュールを製造した。この光吸収率50%の接着剤は、エポキシ系紫外線硬化型接着剤であり、ガラス転移点34℃、せん断接着強さ146kgf/cm2以上のものを用いた。
[Sample 2]
A substrate waveguide type splitter module was manufactured in the same manner as
[サンプル3]
接着剤として、光吸収率90%の接着剤を用いた以外は、サンプル1と同様にして基板導波路型スプリッタモジュールを製造した。この光吸収率90%の接着剤は、アクリル系紫外線硬化型接着剤であり、ガラス転移点99℃、せん断接着強さ200kgf/cm2以上のものを用いた。
[Sample 3]
A substrate waveguide type splitter module was manufactured in the same manner as
[サンプル4]
接合部の過剰損失を2dBとした以外は、サンプル1と同様にして基板導波路型スプリッタモジュールを製造した。
[Sample 4]
A substrate waveguide type splitter module was manufactured in the same manner as
[サンプル5]
接合部の過剰損失を2dBとした以外は、サンプル2と同様にして基板導波路型スプリッタモジュールを製造した。
[Sample 5]
A substrate waveguide type splitter module was manufactured in the same manner as
[サンプル6]
接合部の過剰損失を2dBとした以外は、サンプル3と同様にして基板導波路型スプリッタモジュールを製造した。
[Sample 6]
A substrate waveguide type splitter module was manufactured in the same manner as
製造したサンプル1〜6の導波路タイプ、過剰損失、接着剤吸収率をまとめて表1に示す。
Table 1 summarizes the waveguide types, excess losses, and adhesive absorption rates of the manufactured
製造したサンプル1〜6を用い、表2に示す試験条件で入射光強度を変化させ、接着剤の最高到達温度を測定した。サンプル1〜3の測定結果を図6に、サンプル4〜6の測定結果を図7にそれぞれ示す。
Using the
一般の接着剤あるいは充填剤樹脂の耐熱温度は100〜120℃程度である。例えば、光通信部品で汎用的に用いられているエポキシ接着剤(エポテック353ND)は、150℃/1時間の硬化条件でガラス転移点が100℃である。一方、現在使用されているハイパワー光は、22dBm(300mW)程度であるが、年々ハイパワー化が進んでおり、30dBm(1W)程度のハイパワー光をも想定する必要がある。従って、図6,7のグラフより光パワー1Wのとき、光吸収率が90%で120℃であるので、これ以上の光吸収率は適さないことが容易にわかる。また、2002年電子情報通信学会通信ソサエティ大会B−10−86に記載されているようなラマンアンプを用いた電送システムでは、2W程度のハイパワー光が用いられる可能性がある。こうしたことをも考慮すれば、グラフより2Wで120℃以下にするためには、光吸収率が50%以下の接着剤を使用するのが望ましいことがわかる。
また、過剰損失を1dBに抑えたとしても、2Wでは120℃以下にするためには、光吸収率が90%以下の接着剤を用いることが望ましい。
The heat resistance temperature of a general adhesive or filler resin is about 100 to 120 ° C. For example, an epoxy adhesive (Epotech 353ND), which is widely used in optical communication parts, has a glass transition point of 100 ° C. under a curing condition of 150 ° C./1 hour. On the other hand, the high power light currently used is about 22 dBm (300 mW). However, the high power light is increasing year by year, and it is necessary to assume high power light of about 30 dBm (1 W). Therefore, it can be easily understood from the graphs of FIGS. 6 and 7 that when the optical power is 1 W, the optical absorptance is 90% and 120 ° C., so that an optical absorptance higher than this is not suitable. In addition, in a power transmission system using a Raman amplifier as described in the 2002 IEICE Communication Society B-10-86, high power light of about 2 W may be used. Considering these facts, it can be seen from the graph that it is desirable to use an adhesive having a light absorptivity of 50% or less in order to achieve 120 ° C. or less at 2 W.
Further, even if the excessive loss is suppressed to 1 dB, it is desirable to use an adhesive having a light absorption rate of 90% or less in order to make it 120 ° C. or less at 2 W.
1,1B,1C…基板導波路型スプリッタモジュール(光導波路モジュール)、2,2B,2C…基板型導波路、3,3B,4,4B…光ファイバアレイ、5,6…光ファイバ、12,13…接着剤、14…レーザ接合部。
1, 1B, 1C ... Substrate waveguide type splitter module (optical waveguide module), 2, 2B, 2C ... Substrate type waveguide, 3, 3B, 4, 4B ... Optical fiber array, 5, 6 ... Optical fiber, 12, 13 ... Adhesive, 14 ... Laser junction.
Claims (6)
An optical fiber is laser-bonded to the optical waveguide on the fixing member, and a part of the optical fiber in the vicinity of the bonding portion is bonded and fixed to the fixing member using the adhesive having a light absorption rate of 90% or less. The optical waveguide module according to claim 1.
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