JP2006184754A - 光導波路、光ファイバモジュール、光ファイバ実装治具及び光ファイバ実装方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】光ファイバを確実に固定できる光導波路を提供する。
【解決手段】光導波路1は、複数本のコア3を備え、各コア3aに対応してガイド溝5を備える。ガイド溝5は、光ファイバ4の直径と同等の幅を有するガイド部5aと、ガイド溝5の側壁面に溝部5cを形成することで構成され、光ファイバ4の直径より大きな幅を有する幅広部5bを備える。光ファイバ4は、ガイド溝5に挿入されることで光導波路1との光学的な結合が行われる。また、光ファイバ4は接着剤6で光導波路1に固定されるが、接着剤6が幅広部5bに充填されることで、光ファイバ4の下面側にも接着剤6が回り込む。
【選択図】 図1
【解決手段】光導波路1は、複数本のコア3を備え、各コア3aに対応してガイド溝5を備える。ガイド溝5は、光ファイバ4の直径と同等の幅を有するガイド部5aと、ガイド溝5の側壁面に溝部5cを形成することで構成され、光ファイバ4の直径より大きな幅を有する幅広部5bを備える。光ファイバ4は、ガイド溝5に挿入されることで光導波路1との光学的な結合が行われる。また、光ファイバ4は接着剤6で光導波路1に固定されるが、接着剤6が幅広部5bに充填されることで、光ファイバ4の下面側にも接着剤6が回り込む。
【選択図】 図1
Description
本発明は、光ファイバを接続できるようにした光導波路、この光導波路を備えた光ファイバモジュール、この光導波路に光ファイバを実装する光ファイバ実装治具及び光ファイバ実装方法に関する。詳しくは、光ファイバを嵌めて位置調芯を行うガイド溝を光導波路に備えると共に、接着剤が入り込むようにした幅広部をガイド溝に備えて、光導波路に対して光ファイバを確実に固定できるようにしたものである。
また、各光ファイバの先端の位置を光導波路のガイド溝の端面の位置に合わせられるように、各光ファイバをガイド溝の配置に合わせて保持して、各ガイド溝に光ファイバを実装することで、光導波路に対して光ファイバを容易に実装できるようにしたものである。
従来より、平面型の光導波路のコアと、光ファイバのコアが光学的に結合するように、光ファイバと光導波路を接続した光モジュールが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
光ファイバを光導波路と接続する際には、一般的に、V字型の溝が形成されたガイドブロックで光ファイバを支持する構成となっているものが多い。そして、光ファイバは接着剤によりガイドブロックに固定されている。
さて、複数本の光ファイバが接続される構成では、各光ファイバを副ガイドブロックに固定して、各光ファイバの端面を研磨等で整列させた後、光ファイバと副ガイドブロックを光導波路に固定する構成となっている。
しかし、光ファイバをV字型等の溝で支持する形態では、接着剤が溝の内部にまで十分に回り込まず、接着強度が弱いという問題がある。光ファイバの接着強度が弱いと、光導波路との位置ずれが発生し、信頼性が低下するという問題がある。
また、複数本のファイバを実装する場合、複数本の光ファイバを位置合わせして予め副ガイドブロック等に固定し、先端位置を整列させてから実装しているので、実装処理の効率が低いという問題がある。
更に、各光ファイバの先端位置を整列させる際には、ファイバ毎に先端位置を異ならせることはできないので、光ファイバが接続される光導波路の設計自由度が低いという問題がある。
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、光ファイバを確実に固定でき、かつ実装処理の効率を向上させることができる光導波路、光ファイバモジュール、光ファイバ実装治具及び光ファイバ実装方法を提供することを目的とする。
上述した課題を解決するため、本発明に係る光導波路は、コアとクラッドを備え、光ファイバが接続される光導波路において、光ファイバが嵌り、この光ファイバをコアに対して位置調芯する形状を有した少なくとも1本のガイド溝と、ガイド溝の一部に形成され、ガイド溝に嵌められた光ファイバを固定する接着剤が入り込む溝部を有する幅広部とを備えたことを特徴とする。
本発明に係る光導波路では、光ファイバをガイド溝に挿入すると、光ファイバが光導波路のコアに対して位置調芯され、光ファイバと光導波路が光学的に結合する。また、光ファイバは接着剤で光導波路に固定されるが、ガイド溝の幅広部では、接着剤が幅広部に充填されて光ファイバの下面側まで廻り込む。
本発明に係る光ファイバモジュールは、コアとクラッドを有し、光ファイバが接続される光導波路と、光導波路のコアと結合した光素子を備えた光ファイバモジュールにおいて、光導波路は、光ファイバが嵌り、この光ファイバをコアに対して位置調芯する形状を有した少なくとも1本のガイド溝と、ガイド溝の一部に形成され、ガイド溝に嵌められた光ファイバを固定する接着剤が入り込む溝部を有する幅広部とを備えたことを特徴とする。
本発明に係る光ファイバモジュールでは、光導波路において光ファイバをガイド溝に挿入すると、光ファイバが光導波路のコアに対して位置調芯され、光ファイバと光導波路が光学的に結合する。また、光ファイバは接着剤で光導波路に固定されるが、ガイド溝の幅広部では、接着剤が幅広部に充填されて光ファイバの下面側まで廻り込む。
本発明に係る光ファイバ実装治具は、コアとクラッドを備えた光導波路に形成された少なくとも2本以上のガイド溝のそれぞれに光ファイバを接続する光ファイバ実装治具において、光導波路の各ガイド溝に接続される複数の光ファイバを、それぞれ軸方向に沿って移動自在で、かつ、ガイド溝の配置に合わせて支持するピッチ規定溝を備えたことを特徴とする。
本発明に係る光ファイバ実装治具では、光導波路の各ガイド溝に接続される複数の光ファイバを、ガイド溝の配置に合わせて支持することで、ガイド溝の並び方向における各光ファイバの位置合わせが行われる。また、各光ファイバを軸方向に移動自在に支持することで、各ガイド溝の端面の位置に応じて各光ファイバの位置合わせが行われる。
本発明に係る光ファイバ実装方法は、コアとクラッドを備えた光導波路に形成された少なくとも2本以上のガイド溝のそれぞれに光ファイバを接続する光ファイバ実装方法において、光導波路の各ガイド溝に接続される複数の光ファイバを、ガイド溝の配置に合わせて支持し、各光ファイバを軸方向に沿って移動させて、各光ファイバの先端を各ガイド溝の端面に突き当たる位置として、各光ファイバと光導波路を光学的に結合することを特徴とする。
本発明に係る光ファイバ実装方法では、光導波路の各ガイド溝に接続される複数の光ファイバが、ガイド溝の配置に合わせて支持されることで、ガイド溝の並び方向における各光ファイバの位置合わせが行われ、各ガイド溝に光ファイバが挿入される。
そして、各光ファイバを軸方向に移動させることで、各ガイド溝の端面の位置に応じて各光ファイバの位置合わせが行われ、各光ファイバと光導波路が光学的に結合される。
本発明の光導波路によれば、光ファイバをガイド溝に嵌めることで、光導波路のコアと光ファイバの光学的な位置合わせが行えるので、光ファイバと光導波路の光結合をパッシブアライメントで実現できる。
また、ガイド溝に幅広部を備えることで、ガイド溝に嵌められた光ファイバの上面側だけでなく、下面側にも接着剤を回り込ませることができ、光導波路に対する光ファイバの固定を確実に行うことができる。これにより、接着強度不足による光ファイバの位置ずれを防ぐことができ、信頼性が高く高精度な光結合を実現することができる。
本発明の光ファイバモジュールによれば、上述した光導波路を備えることで、光ファイバの固定が確実に行われているので、長期間に亘る信頼性及び耐久性を向上させることができる。
本発明の光ファイバ実装治具及び光ファイバ実装方法によれば、光導波路に形成されたガイド溝の配置に合わせて各光ファイバを保持しているので、複数本の光ファイバのガイド溝に対する位置合わせを行うことができ、各光ファイバを容易にガイド溝に嵌めることができる。
また、各光ファイバを軸方向に移動できるように支持しているので、光ファイバの先端をガイド溝の端面に付き当てることができる。
これにより、複数本の光ファイバを予め位置合わせして固定し、先端位置を揃える等の処理が不要となり、光ファイバの実装処理の効率を向上させることができる。
また、各光ファイバの先端位置を任意に調整できるので、光導波路側ではガイド溝の端面位置を揃える等の設計上の制約を減らすことができ、光導波路の設計自由度が向上する。
以下、図面を参照して本発明の光導波路、光ファイバモジュール、光ファイバ実装治具及び光ファイバ実装方法の実施の形態について説明する。
<光導波路の構成例>
図1及び図2は本実施の形態の光導波路の一例を示す構成図で、図1(a)は平面図、図1(b)は側面図である。また、図2(a)は図1(a)のA−A断面図、図2(b)は図1(a)のB−B断面図である。更に、図3は本実施の形態の光導波路の要部斜視図である。
図1及び図2は本実施の形態の光導波路の一例を示す構成図で、図1(a)は平面図、図1(b)は側面図である。また、図2(a)は図1(a)のA−A断面図、図2(b)は図1(a)のB−B断面図である。更に、図3は本実施の形態の光導波路の要部斜視図である。
本実施の形態の光導波路1は、実装基板2と、実装基板2上に実装される導波路シート3と、導波路シート3に形成され、光ファイバ4が接続されるガイド溝5とを備える
実装基板2は、例えばシリコン(Si)基板であり、表面に導波路シート3が実装される。また、実装基板2には、後述するように受発光素子等が実装される。
実装基板2は、例えばシリコン(Si)基板であり、表面に導波路シート3が実装される。また、実装基板2には、後述するように受発光素子等が実装される。
導波路シート3は高分子材料で構成され、コア3aと下部クラッド3b及び上部クラッド3cを備えて、コア・クラッド構造を有する。コア3aは、屈折率が下部クラッド3b及び上部クラッド3cより若干大きくなるように構成されて、光がコア3aに閉じ込められて伝搬される。
本例では、導波路シート3には複数本のコア3aが所定のパターンで形成され、導波路シート3の一の端部では、例えば各コア3aが略平行に配置されている。ここで、導波路シート3の厚さは100μm程度である。
光ファイバ4は、コア4aとクラッド4bを備えて、コア・クラッド構造を有する。光ファイバ4は本例ではマルチモードの光ファイバで、導波路シート3に接続されるファイバ芯線の直径は125μm程度である。
ガイド溝5は、光ファイバ4が接続されるコア3aに対応して、導波路シート3の一の端部にコア3aと平行な向きで形成される。ガイド溝5は、断面形状が四角状で、導波路シート3の表面から実装基板2の表面まで到達しており、ガイド溝5の深さは、導波路シート3の厚さと同等である。
また、ガイド溝5は、ガイド部5aと幅広部5bを備え、ガイド部5aでは光ファイバ4の直径と略同等の幅を有する。幅広部5bは、ガイド溝5の対向する側壁面の一部に凹状の溝部5cを形成することで構成され、ガイド溝5は、幅広部5bでは光ファイバ4の直径より広い幅を有する。
幅広部5は、ガイド溝5の先端に形成されると共に、ガイド溝5の延在方向に沿った複数箇所に形成される。なお、ガイド溝5の先端部以外の幅広部5bは、溝部5cを交互に配置しても良い。
光ファイバ4は、導波路シート3に形成されたガイド溝5に挿入され、接着剤6により固定される。光ファイバ4がガイド溝5に挿入されると、図2(a)に示すように、ガイド部5aでは、ガイド溝5の側壁面と光ファイバ4の外周面との間にはほとんど隙間が形成されないので、光ファイバ4の径方向の移動が規制される。
これにより、ガイド溝5に光ファイバ4を挿入したときに、導波路シート3のコア3aと、光ファイバ4のコア4aの位置が合うように、ガイド溝5の位置等を設定することで、光ファイバ4をガイド溝5に挿入すると、光ファイバ4のコア4aが、導波路シート3のコア3aに対して位置調芯される構成となっている。
また、光ファイバ4がガイド溝5に挿入されると、図2(b)に示すように、幅広部5bでは溝部5cによって光ファイバ4との間に隙間が形成される。これにより、溝部5cによってガイド溝5に接着剤6が入り込む隙間が形成され、光ファイバ4は、溝部5cに充填された接着剤6により導波路シート3に固定される。
<光導波路の製造工程例>
光導波路1は、フォトリソグラフィプロセスによりガイド溝5を備えた導波路シート3が形成される。図4,図5は光導波路1の第1の製造工程例を示す説明図で、次に、本実施の形態の光導波路1の第1の製造工程について説明する。
光導波路1は、フォトリソグラフィプロセスによりガイド溝5を備えた導波路シート3が形成される。図4,図5は光導波路1の第1の製造工程例を示す説明図で、次に、本実施の形態の光導波路1の第1の製造工程について説明する。
まず、図4(a)〜図4(c)に示すように、実装基板2上に下部クラッド3b、コア3a及び上部クラッド3cを順次積層して、導波路シート3を作成する。
すなわち、図4(a)に示すように、実装基板2上に下部クラッド3bを構成する高分子材料を所定の厚さで塗布し、プリベイク、紫外線(UV)照射、ポストベイク等の処理を行って、下部クラッド3bを形成する。
次に、図4(b)に示すように、コア3aを構成する高分子材料を所定の厚さで塗布し、プリベイク、紫外線照射、現像、ポストベイク等の処理を行って、所定のパターンのコア3aを形成する。コア3aを構成する高分子材料は、下部クラッド3bを構成する高分子材料より若干屈折率が大きい材料を用いる。
次に、図4(c)に示すように、上部クラッド3cを構成する高分子材料を所定の厚さで塗布し、プリベイク、紫外線照射、ポストベイク等の処理を行って、上部クラッド3cを形成する。上部クラッド3cを構成する高分子材料は、下部クラッド3bを構成する高分子材料と同じ材料を用いる。
次に、図5(a)に示すように、フォトリソグラフィ技術によって、導波路シート3の表面に、ガイド溝5のパターンを有するエッチングマスク11を形成する。そして、図5(b)に示すように、エッチングマスク11より露出したガイド溝5の形成部位の導波路シート3を、ウエットエッチングまたはドライエッチングによって実装基板2の表面までエッチングする。このエッチング工程で、ガイド溝5のガイド部5aと幅広部5bが同時に形成される。
最後に、エッチングマスク11を除去して、ガイド溝5が形成された導波路シート3が完成する。なお、上述した例では導波路シート3を実装基板2上に直接形成しているが、導波路シート作成用の支持基板上に上述した工程で導波路シート3を作成し、完成した導波路シート3を支持基板から剥離して、実装基板2上に実装するようにしても良い。
図6〜図8は光導波路1の第2の製造工程例を示す説明図で、次に、本実施の形態の光導波路1の第2の製造工程について説明する。まず、図6(a)に示すように、下部クラッド3bを構成する感光性の高分子材料により、支持基板12上に下部クラッド形成薄膜13bを所定の膜厚で塗布する。本例では、コア3aと、下部クラッド3b及び上部クラッド3cを構成する高分子材料として、紫外線硬化型の高分子材料を用いる。
次に、図6(b)に示すように、ガイド部5aと幅広部5bを有するガイド溝5のパターンが形成されたマスク14を介して下部クラッド形成薄膜13bに紫外線を照射し、ガイド溝5を形成する部位以外の下部クラッド形成薄膜13bを硬化させる。そして、図6(c)に示すように、例えば溶液現像によって、ガイド溝5の形成部位15を除去して、下部クラッド3bを形成する。
次に、図7(a)に示すように、コア3aを構成する感光性の高分子材料により、支持基板12上に形成した下部クラッド3b上にコア形成薄膜13aを所定の膜厚で塗布する。コア3aを構成する高分子材料は、下部クラッド3bを構成する高分子材料より若干屈折率が大きい材料を用いる。
次に、図7(b)に示すように、コア3aのパターンが形成されたマスク16を介してコア形成薄膜13aに紫外線を照射し、コア3aを形成する部位のコア形成薄膜13aを硬化させる。そして、図7(c)に示すように、溶液現像によって、コア3aの形成部位以外を除去して、コア3aを形成する。
次に、図8(a)に示すように、上部クラッド3cを構成する感光性の高分子材料により、支持基板12上に形成した下部クラッド3b及びコア3a上に上部クラッド形成薄膜13cを所定の膜厚で塗布する。上部クラッド3cを構成する高分子材料は、下部クラッド3bを構成する高分子材料と同じ材料を用いる。
次に、図8(b)に示すように、ガイド部5aと幅広部5bを有するガイド溝5のパターンが形成されたマスク14を介して上部クラッド形成薄膜13cに紫外線を照射し、ガイド溝5を形成する部位以外の上部クラッド形成薄膜13cを硬化させる。そして、図8(c)に示すように、溶液現像によって、ガイド溝5の形成部位を除去して、上部クラッド3cを形成する。
これにより、コア3aが所定のパターンで形成されると共に、ガイド溝5が形成された導波路シート3が作成される。ここで、ガイド溝5の形成プロセスでは、ガイド部5aと幅広部5bが同時に形成される。
そして、導波路シート3を支持基板12から剥離することで、ガイド溝5が形成された導波路シート3が完成し、導波路シート3を実装基板2上に実装することで、光導波路1が作成される。
次に、光導波路1と光ファイバ4との固定構造について説明する。図1に示すように、光ファイバ4は導波路シート3に形成されたガイド溝5に挿入され、この光ファイバ4の先端がガイド溝5の端面に突き当てられる。
そして、図2に示すように、ガイド溝5に充填された接着剤6によって、光ファイバ4は光導波路1に固定される。ここで、接着剤6としては、導波路シート3のコア3a及び光ファイバ4のコア4aと同等の屈折率を有し、可視領域の光(405,436nm)の照射で硬化する可視光硬化型の接着剤が使用される。
上述したように、ガイド溝5に光ファイバ4を挿入したときに、導波路シート3のコア3aと、光ファイバ4のコア4aの位置が合うように、導波路シート3の厚さ、ガイド溝5の位置及び幅等が設定される。
光ファイバ4がガイド溝5に挿入されると、図2(a)に示すように、ガイド部5aでは、ガイド溝5の側壁面と光ファイバ4の外周面との間にはほとんど隙間が形成されないので、光ファイバ4の径方向の移動が規制される。
これにより、光ファイバ4がガイド溝5に挿入されると、光ファイバ4のコア4aが、導波路シート3のコア3aに対して位置調芯され、導波路シート3と光ファイバ4の光学的な結合が行われる。
従って、光導波路1と光ファイバ4との光結合を、パッシブアライメントによって実現できる。なお、光ファイバ4の接続工程の詳細は後述する。
さて、フォトリソグラフィプロセスで作成されたガイド溝5の幅の精度は、±数μm単位である。これに対して、マルチモードの光ファイバ4では、光結合時に±10μm程度の誤差が許容される。これにより、フォトリソグラフィプロセスでガイド溝5を形成することで、高精度な位置合わせが可能である。
また、ガイド溝5の側壁面に溝部5cを形成して幅広部5bを備えることで、図2(b)に示すように、ガイド溝5に嵌められた光ファイバ4の上面側だけでなく、幅広部5bにおける光ファイバ4の外周面との隙間から、光ファイバ4の下面側にも接着剤6を回り込ませることができ、光導波路1に対する光ファイバ4の固定を確実に行うことができる。
このように、ガイド溝5に挿入された光ファイバ4の全体に均一に接着剤6を回り込ませることができるので、接着強度不足による光ファイバ4の位置ずれを防ぐことができ、高温高湿環境下等でも、長期間に亘って信頼性が高く、高精度な光結合を実現することができる。
更に、ガイド溝5の側壁面に溝部5cを形成して幅広部5bを備えることで、ガイド溝5の側壁面が複数に分割された形態となる。これにより、温度変化により導波路シート3が熱伸縮を起こした場合に、この伸縮をガイド溝5の分割された部分で吸収することができ、ガイド溝5全体としての熱伸縮によるサイズ変化を低減することができる。従って、温度変化による導波路シート3の伸縮等の変形に対しても、光ファイバ4の位置ずれの少ない光結合を実現できる。
次に、ガイド溝5の先端に幅広部5bを形成する理由について説明する。図9はガイド溝5の先端の形状を模式的に示した拡大図で、図9(a)は幅広部5bを形成した状態を示し、図9(b)は比較例として幅広部を形成していない状態を示す。
フォトリソグラフィプロセスでガイド溝5を形成する場合、ガイド溝5の幅が微細であるので、凹状の溝部のエッジ部分Eは、現像液が十分に入り込まない等の理由によって丸みを帯びた形状となる。
このため、図9(b)に示すように、ガイド溝5の先端に幅広部5bを形成しない形態では、光ファイバ4をガイド溝5に挿入した時に、ガイド溝5の端面のエッジ部が丸みを帯びていることで、光ファイバ4の先端がガイド溝5の端面に突き当たらず隙間Gが生じる。このため、光の結合効率が低下する。
これに対して、図9(a)に示すように、ガイド溝5の先端に幅広部5bを形成した形態では、丸みを帯びるエッジ部分Eは幅広部5bとなり、ガイド溝5の端面において光ファイバ4が突き当てられる部分は平面で構成されることになる。
これにより、光ファイバ4をガイド溝5に挿入した時に、光ファイバ4の先端がガイド溝5の端面に突き当てられることになり、光ファイバ4の先端とガイド溝5の端面との間に隙間が生じない。このため、光の結合効率が向上する。
なお、ガイド溝5の端面は完全な平面にはならないが、導波路シート3のコア3a及び光ファイバ4のコア4aと同等の屈折率を有する接着剤6を使用して、ガイド溝5の端面と光ファイバ4の先端との微細な隙間に接着剤6が入り込むようにすることで、光の結合効率の低下を抑えている。
<光導波路の変形例>
図10は本実施の形態の光導波路の変形例を示す構成図である。図10(a)に示す変形例は、ガイド溝5の端面の位置をずらすために、ガイド溝5の長さを変化させたものである。
図10は本実施の形態の光導波路の変形例を示す構成図である。図10(a)に示す変形例は、ガイド溝5の端面の位置をずらすために、ガイド溝5の長さを変化させたものである。
光ファイバ4として、複数本のファイバ芯線を一列に並べた形態のリボンファイバを使用する場合で、ガイド溝5の間隔をリボンファイバで規定されるファイア芯線の間隔と異ならせて使用しようとした場合、リボンファイバの先端を1列に切断した後に、各光ファイバ4の間隔を広げる。このため、中心付近の光ファイバ4と、端部側の光ファイバ4では、湾曲させた分だけ端部付近の光ファイバ4の先端位置が後退する。
このような場合に、ガイド溝5の長さを変化させることで、各光ファイバ4の先端位置に、ガイド溝5の端面の位置を合わせることができ、各光ファイバ4の先端をガイド溝5の端面に突き当てて固定することができる。
図10(b)に示す変形例では、導波路シート3の複数本のコア3aを平行ではなく角度を付けて配置したことに合わせて、ガイド溝5も角度を付けて配置したものである。
後述する光ファイバモジュールでは、コア3aに光素子が結合されるが、隣接する光素子の間隔が近いと、送受信干渉を起こす可能性がある。これにより、隣接する光素子の間隔を離すため、隣接するコア3aを角度を付けて配置する形態が考えられる。
このような場合に、コア3aの向きに合わせてガイド溝5も角度を付けて配置することで、光ファイバ4をコア3aに結合させることができる。
<光ファイバモジュールの構成例>
次に、上述した光導波路1を備えた光ファイバモジュールについて説明する。図11は本実施の形態の光ファイバモジュールの一例を示す構成図で、図11(a)は平面図、図11(b)は図11(a)のC−C断面図である。
次に、上述した光導波路1を備えた光ファイバモジュールについて説明する。図11は本実施の形態の光ファイバモジュールの一例を示す構成図で、図11(a)は平面図、図11(b)は図11(a)のC−C断面図である。
光ファイバモジュール21は、上述した光導波路1に、面型発光素子(VCSEL)22と、面型受光素子(PD)23を備える。光導波路1は、上述したように実装基板2と導波路シート3を備え、本例では、導波路シート3に3本のコア3aが平行に配置される。
導波路シート3は、各コア3aに対応して一の端部に3本のガイド溝5を備える。各ガイド溝5は、光ファイバ4の直径と略同等の幅を有するガイド部5aと、ガイド溝5の側壁面に溝部5cを形成して構成された幅広部5bを備える。幅広部5bは、ガイド溝5の先端に形成されると共に、ガイド溝5の延在方向に沿った複数箇所に形成される。
導波路シート3は、ガイド溝5が形成された一の端部と対向する他の端部に傾斜端面24を備える。傾斜端面24は、導波路シート3の他の端部を45度に傾斜させて構成され、傾斜端面24に露出するコア3aの端面よって反射面25が構成される。なお、導波路シート3の端部に傾斜端面24を形成するには、導波路シート3の作成工程で、V字型のダイシングソーを利用して導波路シート3をカットすれば良い。
実装基板2は、導波路シート3の反射面25に対向する位置に面型発光素子22あるいは面型受光素子23を備える。面型発光素子22は、実装基板2の表面に対して鉛直方向に光を出射する。これにより、面型発光素子22から出射した光は反射面25で反射して、導波路シート3のコア3aを伝搬される。
面型受光素子23は、実装基板2の表面に対して鉛直方向からの光が入射される。これにより、導波路シート3のコア3aを伝搬された光は、反射面25で反射することで光路が切り換えられ、面型受光素子23に入射する。
実装基板2は、面型発光素子22及び面型受光素子23が実装される位置に実装凹部26を備える。実装凹部26は、導波路シート3が実装される実装基板2の表面を凹状にして形成され、実装凹部26に面型発光素子22、面型受光素子23及び図示しない回路等を実装して、実装基板2の表面から突出しないように構成される。
光ファイバ4は、導波路シート3に形成されたガイド溝5に挿入され、接着剤6により固定される。上述したように、ガイド溝5に光ファイバ4を挿入したときに、導波路シート3のコア3aと、光ファイバ4のコア4aの位置が合うように、導波路シート3の厚さ、ガイド溝5の位置及び幅等が設定される。
これにより、光ファイバ4がガイド溝5に挿入されて接着固定されると、光ファイバ4のコア4aが、導波路シート3のコア3aに対して位置調芯され、導波路シート3と光ファイバ4の光学的な結合が行われる。
ここで、導波路シート3に対する光ファイバ4の位置調芯は、導波路シート3に形成したガイド溝5の精度に依存し、導波路シート3と面型発光素子22及び面型受光素子23との間の位置精度には影響を受けない。これにより、実装が容易である。
また、ガイド溝5の側壁面に溝部5cを形成して幅広部5bを備えることで、図2(b)で説明したように、ガイド溝5に嵌められた光ファイバ4の上面側だけでなく、光ファイバ4の下面側にも接着剤6を回り込ませることができ、光導波路1に対する光ファイバ4の固定を確実に行うことができる。
なお、本例の光ファイバモジュール21では、導波路シート3に形成した3本のコア3aの中で、例えば両側の2本のコア3aに対応して面型発光素子22が実装され、中央の1本のコア3aに対応して面型受光素子23が実装される。
図示しないが、光ファイバ4を介して接続される他の光ファイバモジュールは、3本のコアの中で両側の2本のコアに対応して面型受光素子が実装され、中央の1本のコアに対応して面型発光素子が実装される。
これにより、図11に示す一の光ファイバモジュール21から、図示しない他の光ファイバモジュールへは2チャンネルで送信が行え、他の光ファイバモジュールから一の光ファイバモジュール21へは1チャンネルで送信が行えるシステムが構築される。
上述した光ファイバモジュール21は、例えば、家庭内ネットワークを構成する光ケーブルに適用される。すなわち、光ファイバモジュール21は光ケーブルの図示しないコネクタに内蔵される。光ケーブルのコネクタは、電気信号を光信号に変換する回路、光信号を電気信号に変換する回路、電気信号を送受する端子等を備え、光ケーブルが接続された電子機器からの電気信号を光信号に変換して、光ファイバ4で送信すると共に、光ファイバ4で受信した光信号を電気信号に変換して、電子機器に送るものである。このように、光ファイバモジュール21は、電気信号を送受できる端子を備えた電子機器間で光通信を行えるようにしたシステムに適用することが可能である。
<光ファイバモジュールの動作例>
次に、図11を参照して光ファイバモジュール21の動作について説明する。面型発光素子22から出射された信号光は、導波路シート3の下面から入射し、対向するコア3aの反射面25で反射することで、コア3aを伝搬される。導波路シート3のコア3aと光ファイバ4のコア4aは光学的に結合しているので、導波路シート3のコア3aを伝搬された信号光は、光ファイバ4のコア4aに入射して、コア4aを伝搬される。そして、光ファイバ4を介して接続された図示しない他の光ファイバモジュールで信号光が受光される。
次に、図11を参照して光ファイバモジュール21の動作について説明する。面型発光素子22から出射された信号光は、導波路シート3の下面から入射し、対向するコア3aの反射面25で反射することで、コア3aを伝搬される。導波路シート3のコア3aと光ファイバ4のコア4aは光学的に結合しているので、導波路シート3のコア3aを伝搬された信号光は、光ファイバ4のコア4aに入射して、コア4aを伝搬される。そして、光ファイバ4を介して接続された図示しない他の光ファイバモジュールで信号光が受光される。
光ファイバ4のコア4aを伝搬された信号光は、導波路シート3のコア3aと光ファイバ4のコア4aは光学的に結合しているので、導波路シート3のコア3aに入射して、コア3aを伝搬される。導波路シート3のコア3aを伝搬された信号光は、反射面25で反射することで、反射面25と対向する面型受光素子23に入射する。
<光ファイバ実装治具の構成例>
次に、上述した光導波路1に光ファイバ4を実装する際に使用される光ファイバ実装治具について説明する。図12及び図13は光ファイバ実装治具の一例を示す構成図で、図12は平面図、図13(a)は図12のD−D断面図、図13(b)は図12のE−E断面図、図13(c)は図12のF−F断面図である。
次に、上述した光導波路1に光ファイバ4を実装する際に使用される光ファイバ実装治具について説明する。図12及び図13は光ファイバ実装治具の一例を示す構成図で、図12は平面図、図13(a)は図12のD−D断面図、図13(b)は図12のE−E断面図、図13(c)は図12のF−F断面図である。
光ファイバ実装治具31は、ガイドブロック32とファイバ押さえ板33を備える。ガイドブロック32は、光ファイバ4をスライド移動できるように支持するピッチ規定溝32aを備える。ピッチ規定溝32aは、図13(c)に示すように、断面形状が例えばV字型の溝であり、光ファイバ4を接続する対象となる光導波路1の導波路シート3に形成されたガイド溝5の間隔及び向きに応じて形成される。
例えば、図11で説明したように、光導波路1に3本の光ファイバ4を接続する構成では、ガイドブロック32は3本のピッチ規定溝32aを備える。また、光導波路1において、光ファイバ4が接続される各ガイド溝5が平行に配置されている場合は、ピッチ規定溝32aも互いが平行となるように配置される。更に、ピッチ規定溝32aの間隔は、光導波路1に形成されたガイド溝5の間隔に合わせられている。
ファイバ押さえ板33は、ガイドブロック32に対して着脱自在に取り付けられ、ガイドブロック32のピッチ規定溝32aの上部開口を覆う。ガイドブロック32のピッチ規定溝32aに光ファイバ4を載置し、ファイバ押さえ板33を取り付けると、光ファイバ4はピッチ規定溝32aに支持され、ファイバ押さえ板33との間に多少の隙間が設けられるように構成される。
これにより、光ファイバ4は、ガイドブロック32のピッチ規定溝32aに押圧されることなく支持されており、光ファイバ4は、ガイドブロック32に対してスライド移動できるように支持される。
図14は光ファイバ実装装置の一例を示す構成図である。光ファイバ実装装置34は、上述した光ファイバ実装治具31と、光導波路1を支持する光導波路セットステージ35と、光ファイバ移動治具36を備える。
光導波路セットステージ35は、上述したようにガイド溝5が形成された導波路シート3を備えた光導波路1を支持し、例えば、X,Y,Zの3方向への移動と角度の調整が可能な構成を有する。
光ファイバ移動治具36は、上述した光ファイバ実装治具31で支持された光ファイバ4をクランプし、光ファイバ4をガイドブロック32の図13(c)に示すピッチ規定溝32aに沿ってスライド移動させる。複数本の光ファイバ4を光導波路1に接続する構成では、光ファイバ移動治具36は複数備えられ、各光ファイバ移動治具36aが独立して移動できる構成となっている。光ファイバ移動治具36の駆動源は、モータ等を利用しても良いし、手動でも良い。
<光ファイバ実装方法の動作例>
図15は光ファイバの実装方法の一例を示す説明図で、次に、各図を参照して光ファイバの実装方法について説明する。まず、光ファイバ4をガイドブロック32のピッチ規定溝32aに載置し、ガイドブロック32にファイバ押さえ板33を取り付ける。複数本の光ファイバ4を接続する場合は、各光ファイバ4をガイドブロック32の所定のピッチ規定溝32aにセットする。また、各光ファイバ4を光ファイバ移動治具36でクランプする。更に、光導波路セットステージ35に光導波路1をセットする。
図15は光ファイバの実装方法の一例を示す説明図で、次に、各図を参照して光ファイバの実装方法について説明する。まず、光ファイバ4をガイドブロック32のピッチ規定溝32aに載置し、ガイドブロック32にファイバ押さえ板33を取り付ける。複数本の光ファイバ4を接続する場合は、各光ファイバ4をガイドブロック32の所定のピッチ規定溝32aにセットする。また、各光ファイバ4を光ファイバ移動治具36でクランプする。更に、光導波路セットステージ35に光導波路1をセットする。
次に、図15(a)に示すように、光導波路セットステージ35を移動させて、光ファイバ実装治具31で支持された光ファイバ4に光導波路1の位置を合わせ、各光ファイバ移動治具36を駆動して、各光ファイバ4を図13(c)に示すガイドブロック32のピッチ規定溝32aに沿って矢印方向にスライド移動させる。
ガイドブロック32のピッチ規定溝32aは、光導波路1に形成されたガイド溝5の間隔及び向きに合わせられているので、光ファイバ4をピッチ規定溝32aに沿ってスライド移動させると、各光ファイバ4が対応するガイド溝5に沿ってスライド移動する。そして、各光ファイバ移動治具36を独立して駆動することで、図15(b)に示すように、各光ファイバ4の先端を、ガイド溝5の端面に突き当てる位置に整列させることができる。
上述したように、光ファイバ4がガイド溝5に挿入されると、光ファイバ4のコア4aが、導波路シート3のコア3aに対して位置調芯され、導波路シート3と光ファイバ4の光学的な結合が行われる。従って、光導波路1と光ファイバ4との光結合を、パッシブアライメントによって実現できる。
図16は光ファイバの固定状態を示す構成図で、図16(a)は平面図、図16(b)は図16(a)のG−G断面図である。光ファイバ4をガイド溝5に挿入し、各光ファイバ4の先端をガイド溝5の端面に突き当てると、ガイド溝5に可視光硬化型の接着剤6を塗布し、各ガイド溝5を覆うように透明なカバー板37を取り付けて、可視光照射で接着剤6を硬化させることで、光導波路1に各光ファイバ4が固定される。なお、光ファイバ4の固定後に、ファイバ押さえ板33をガイドブロック32から取り外し、また、光ファイバ4を光ファイバ移動治具36から取り外して、光ファイバ4が固定された光導波路1を光ファイバ実装装置34から取り外す。
このように、光ファイバ実装治具31を備えた光ファイバ実装装置34を利用して光ファイバ4の実装を行うことで、複数本の光ファイバ4を、その先端位置を任意に整列させて、1度に光導波路1のガイド溝5に実装することができる。これにより、各光ファイバ4の先端位置を予め整列させる必要が無いので、生産性が高く、光ファイバ4の実装処理の効率を向上させることができる。
なお、以上の例では、光ファイバ実装治具31のピッチ規定溝32aは、互いが平行でかつ等間隔に配置される形態で説明したが、光導波路1のガイド溝5の配置に応じて、例えば、各ピッチ規定溝32aが非等間隔で配置されている形態でも良いし、各ピッチ規定溝32aの向きが異なっている形態でも良い。
更に、光導波路1に形成された複数のガイド溝5の端面の位置は、一列に並んでいても、異なっていても対応できるので、図10に示すように、光導波路1側の設計自由度が大幅に向上する。
本発明は、光ファイバを利用した通信ケーブルや、素子間の光通信等に適用される。
1・・・光導波路、2・・・実装基板、3・・・導波路シート、3a・・・コア、3b・・・下部クラッド、3c・・・上部クラッド、4・・・光ファイバ、4a・・・コア、4b・・・クラッド、5・・・ガイド溝、5a・・・ガイド部、5b・・・幅広部、5c・・・溝部、6・・・接着剤、11・・・エッチングマスク、12・・・支持基板、13a・・・コア形成薄膜、13b・・・下部クラッド形成薄膜、13c・・・上部クラッド形成薄膜、14・・・マスク、15・・・ガイド溝形成部位、16・・・マスク、21・・・光ファイバモジュール、22・・・面型発光素子、23・・・面型受光素子、24・・・傾斜端面、25・・・反射面、26・・・実装凹部、31・・・光ファイバ実装治具、32・・・ガイドブロック、32a・・・ピッチ規定溝、33・・・ファイバ押さえ板、34・・・光ファイバ実装装置、35・・・光導波路セットステージ、36・・・光ファイバ移動治具
Claims (18)
- コアとクラッドを備え、光ファイバが接続される光導波路において、
前記光ファイバが嵌り、この光ファイバを前記コアに対して位置調芯する形状を有した少なくとも1本のガイド溝と、
前記ガイド溝の一部に形成され、前記ガイド溝に嵌められた前記光ファイバを固定する接着剤が入り込む溝部を有する幅広部と
を備えたことを特徴とする光導波路。 - 前記幅広部を、前記ガイド溝の延在方向に沿って複数箇所に形成した
ことを特徴とする請求項1記載の光導波路。 - 前記幅広部を、前記光ファイバが突き当てられる前記ガイド溝の先端部に形成した
ことを特徴とする請求項1記載の光導波路。 - 複数の前記ガイド溝の少なくとも1本のガイド溝の前記光ファイバが突き当てられる端面の位置を、他のガイド溝の端面の位置と異ならせた
ことを特徴とする請求項1記載の光導波路。 - 複数の前記ガイド溝の少なくとも1本のガイド溝を、他のガイド溝に対して斜めに配置した
ことを特徴とする請求項1記載の光導波路。 - 前記幅広部を有する前記ガイド溝は、フォトリソグラフィプロセスにより形成される
ことを特徴とする請求項1記載の光導波路。 - コアとクラッドを有し、光ファイバが接続される光導波路と、前記光導波路の前記コアと結合した光素子を備えた光ファイバモジュールにおいて、
前記光導波路は、前記光ファイバが嵌り、この光ファイバを前記コアに対して位置調芯する形状を有した少なくとも1本のガイド溝と、
前記ガイド溝の一部に形成され、前記ガイド溝に嵌められた前記光ファイバを固定する接着剤が入り込む溝部を有する幅広部と
を備えたことを特徴とする光ファイバモジュール。 - 前記幅広部を、前記ガイド溝の延在方向に沿って複数箇所に形成した
ことを特徴とする請求項7記載の光ファイバモジュール。 - 前記幅広部を、前記光ファイバが突き当てられる前記ガイド溝の先端部に形成した
ことを特徴とする請求項7記載の光ファイバモジュール。 - 複数の前記ガイド溝の少なくとも1本のガイド溝の前記光ファイバが突き当てられる端面の位置を、他のガイド溝の端面の位置と異ならせた
ことを特徴とする請求項7記載の光ファイバモジュール。 - 複数の前記ガイド溝の少なくとも1本のガイド溝を、他のガイド溝に対して斜めに配置した
ことを特徴とする請求項7記載の光ファイバモジュール。 - 前記幅広部を有する前記ガイド溝は、フォトリソグラフィプロセスにより形成される
ことを特徴とする請求項7記載の光ファイバモジュール。 - 前記光導波路は、前記ガイド溝が形成された一の端部と対向した他の端部に傾斜端面が形成され、前記傾斜端面に露出した前記コアの端面によって反射面が形成されると共に、
前記光素子として、面型の光素子が前記反射面に対向して配置される
ことを特徴とする請求項7記載の光ファイバモジュール。 - コアとクラッドを備えた光導波路に形成された少なくとも2本以上のガイド溝のそれぞれに光ファイバを接続する光ファイバ実装治具において、
前記光導波路の各ガイド溝に接続される複数の前記光ファイバを、それぞれ軸方向に沿って移動自在で、かつ、前記ガイド溝の配置に合わせて支持するピッチ規定溝を備えた
ことを特徴とする光ファイバ実装治具。 - 前記ピッチ規定溝は、V型の断面形状を有して前記光ファイバを支持する
ことを特徴とする請求項14記載の光ファイバ実装治具。 - コアとクラッドを備えた光導波路に形成された少なくとも2本以上のガイド溝のそれぞれに光ファイバを接続する光ファイバ実装方法において、
前記光導波路の各ガイド溝に接続される複数の前記光ファイバを、前記ガイド溝の配置に合わせて支持し、前記各光ファイバを軸方向に沿って移動させて、前記各光ファイバの先端を前記各ガイド溝の端面に突き当たる位置として、前記各光ファイバと前記光導波路を光学的に結合する
ことを特徴とする光ファイバ実装方法。 - 前記光導波路の前記ガイド溝の配置に応じ、複数の前記光ファイバの間隔及び向きを異ならせて各光ファイバを支持して、前記各光ファイバと前記光導波路を光学的に結合する
ことを特徴とする請求項16記載の光ファイバ実装方法。 - 複数の前記光ファイバの少なくとも1本の光ファイバの先端位置を、他の光ファイバの先端位置と異なる位置として、前記各光ファイバと前記光導波路を光学的に結合する
ことを特徴とする請求項16記載の光ファイバ実装方法。
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