JP2007034007A - スポットサイズ変換導波路付きファイバアレイ、並びにそのスポットサイズ変換導波路付きファイバアレイの製造方法及びそれに用いる導波路集積部材 - Google Patents

Abstract

【課題】 一般の高Δ光導波路に接続できるスポットサイズ変換導波路付きファイバアレイを提供し、モニタ用ファイバアレイが不要で調芯の作業効率が高いスポットサイズ変換導波路付きファイバアレイの製造方法とそれに用いる導波路集積部材を提供する。
【解決手段】 数のシングルモードファイバ２からなるファイバアレイ３と、これらシングルモードファイバ２よりスポットサイズが小さい複数のコアを有する高Δ光導波路とを接続するために、上記ファイバアレイ３にスポットサイズ変換導波路４を付加し、このスポットサイズ変換導波路４の複数のコア５のそれぞれを、ファイバアレイ側端６では上記シングルモードファイバ２のコア７と同等のスポットサイズに形成すると共にファイバアレイ側端６から高Δ光導波路側端８に至る途中で上記高Δ光導波路のコアと同等のスポットサイズとなるように変化させた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、一般の高Δ光導波路に接続できるスポットサイズ変換導波路付きファイバアレイ、並びに、モニタ用ファイバアレイが不要で調芯の作業効率が高いスポットサイズ変換導波路付きファイバアレイの製造方法とそれに用いる導波路集積部材に関する。

シングルモードファイバを比屈折率差Δが例えば０．７％以上の高Δ光導波路に接続する際に、従来は、図７のような部材が用いられた。

図７に示されるように、シングルモードファイバ７１から外皮を取り除いてクラッド７２を所定の長さ露出させ、その端面にＴＥＣ（Ｔｈｅｒｍａｌｌｙ ｄｉｆｆｕｅｄ Ｅｘｐａｎｄｅｄ Ｃｏｒｅ）構造ファイバ７３を接続する。ＴＥＣ構造ファイバ７３は、クラッド７４の径は一定かつシングルモードファイバ７１のクラッド７２の径と等しく、シングルモードファイバ側端ではコア７５の径がシングルモードファイバ７１のコア７６の径に等しく、そのコア７５は反対端に至るまでの途中で徐々に径が小さくなって高Δ光導波路（図示せず）のコアと同等のスポットサイズに形成されている。

そのＴＥＣ構造ファイバ７３には、高Δ光導波路との接続に使用する接続用ファイバ７７を接続する。接続用ファイバ７７はファイバアレイ７８に形成された複数の接続用ファイバ７７のうちのひとつであってもよい。

接続用ファイバ７７の内部構造を説明すると、コア７９は高Δ光導波路のコアと同等のスポットサイズを得るべくシングルモードファイバ７１のコア７６よりも径が小さい。クラッド８０は、シングルモードファイバ７１のクラッド７２とほぼ同じ径である。

シングルモードファイバ７１中における光強度分布（スポット＃ａ）と、ＴＥＣ構造ファイバ７３中のシングルモードファイバ側端に近い位置における光強度分布（スポット＃ｂ）はほぼ同じである。しかし、接続用ファイバ７７中における光強度分布（スポット＃ｃ）になると、高Δ光導波路中と同等まで中心に集中している。つまり、スポットサイズは光がＴＥＣ構造ファイバ７３を通過することで小さく狭められている。

この構成により、シングルモードファイバとＴＥＣ構造ファイバとの接続部における伝送損失が低損失となる。

特開平５−２５７０３２号公報 特開２００４−２５２１５３号公報

図７の接続構造では、複数のシングルモードファイバ７１からなるファイバアレイと複数のコアを有する高Δ光導波路とを接続すると、そのコアの個数だけＴＥＣ構造ファイバ７３が必要になると共に、シングルモードファイバ７１とＴＥＣ構造ファイバ７３とを接続するための融着箇所もコアの個数だけ必要になる。このため、多芯のファイバアレイと高Δ光導波路とを接続しようとすると、接続構造部分のコストが高くなるという欠点がある。

特許文献２では、光ファイバと光ファイバの比屈折率差より高い比屈折率差を有する導波路型光デバイスとが接続された光部品において、導波路型光デバイスの光ファイバとの接続部近傍に、導波路型光デバイスから光ファイバに向かって断面積が徐々に増加すると共に屈折率が徐々に減少するコアを備えた導波路型光デバイス側スポットサイズ変換部を有し、光ファイバの導波路型光デバイスとの接続部近傍に、光ファイバから導波路型光デバイスに向かって断面積が徐々に減少すると共に屈折率が徐々に増大するコアを備えた光ファイバ側スポットサイズ変換部を有する。

しかし、この技術では、光ファイバにもその相手となる導波路型光デバイスにも、それぞれスポットサイズ変換部を形成する必要がある。したがって、スポットサイズ変換部を持たない導波路型光デバイスに対して光ファイバを接続する際にこの技術を適用するのは困難である。

また、スポットサイズ変換部は、断面積の増大減少だけでなく、屈折率の減少増大を図らなくてはならない。

また、シングルモードファイバに対して導波路を接続する際に、調芯を行う必要があるが、図８は、複数のシングルモードファイバからなるファイバアレイに対して複数のコアを有するスポットサイズ変換導波路を接続する例を示している。図示のように、スポットサイズ変換導波路８１の一端にファイバアレイ８２を臨ませ、スポットサイズ変換導波路８１の反対端にはモニタ用ファイバアレイ８３を臨ませ、モニタ光を入射させたとき最大の透過光が得られるように調芯を行い、それからファイバアレイ８２をスポットサイズ変換導波路８１に接続・固定する。

このように、調芯を行うためには、その作業を補助する部材としてモニタ用ファイバアレイ８３が必要になる。また、スポットサイズ変換導波路８１のモニタ用ファイバアレイ側端はスポットサイズが小さいため調芯が大変難しい。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、一般の高Δ光導波路に接続できるスポットサイズ変換導波路付きファイバアレイを提供すること、並びに、モニタ用ファイバアレイが不要で調芯の作業効率が高いスポットサイズ変換導波路付きファイバアレイの製造方法とそれに用いる導波路集積部材を提供することある。

上記目的を達成するために本発明のスポットサイズ変換導波路付きファイバアレイは、複数のシングルモードファイバからなるファイバアレイと、これらシングルモードファイバよりスポットサイズが小さい複数のコアを有する高Δ光導波路とを接続するために、上記ファイバアレイにスポットサイズ変換導波路を付加し、このスポットサイズ変換導波路の複数のコアのそれぞれを、ファイバアレイ側端では上記シングルモードファイバのコアと同等のスポットサイズに形成すると共にファイバアレイ側端から高Δ光導波路側端に至る途中で上記高Δ光導波路のコアと同等のスポットサイズとなるように変化させたものである。

上記スポットサイズ変換導波路のファイバアレイ側端におけるコアの並びピッチが高Δ光導波路側端におけるコアの並びピッチと異なってもよい。

また、本発明のスポットサイズ変換導波路付きファイバアレイの製造方法は、複数のシングルモードファイバからなるファイバアレイと、これらシングルモードファイバよりスポットサイズが小さい複数のコアを有する高Δ光導波路とを接続するために、上記ファイバアレイにスポットサイズ変換導波路を付加し、このスポットサイズ変換導波路の複数のコアのそれぞれを、ファイバアレイ側端では上記シングルモードファイバのコアと同等のスポットサイズに形成すると共にファイバアレイ側端から高Δ光導波路側端に至る途中で上記高Δ光導波路のコアと同等のスポットサイズとなるように変化させたスポットサイズ変換導波路付きファイバアレイの製造方法において、一端と反対端にてシングルモードファイバのコアとスポットサイズが同等である複数のコアを有し、かつ、これらのコアが上記一端と上記反対端の中間部および中間部近傍では高Δ光導波路のコアとスポットサイズが同等である導波路集積部材を形成し、この導波路集積部材の上記一端に上記ファイバアレイを臨ませ、上記反対端に別のファイバアレイを臨ませ、一方のファイバアレイを他方のファイバアレイのモニタ用ファイバアレイとして利用して調芯を行い、これらファイバアレイを上記導波路集積部材に接続した後、上記導波路集積部材を上記一端と上記反対端の中間部または中間部近傍で切断して２つのスポットサイズ変換導波路に分離するものである。

上記導波路集積部材の複数のコアを上記一端と上記反対端の中間部で屈曲させることにより、上記一端におけるコアの配置と上記反対端におけるコアの配置とが互いにずれるようにしてもよい。

また、本発明の導波路集積部材は、一端と反対端にてシングルモードファイバのコアと同等のスポットサイズに形成されたコアを有し、かつ、このコアが上記一端と上記反対端の中間部および中間部近傍では高Δ光導波路のコアと同等のスポットサイズに形成されているものである。

上記コアが上記一端と上記反対端の中間部で屈曲していることにより、上記一端におけるコアの配置と上記反対端におけるコアの配置とが互いにずれていてもよい。

本発明は次の如き優れた効果を発揮する。

（１）一般の高Δ光導波路に接続できる。

（２）モニタ用ファイバアレイが不要で調芯の作業効率が高い。

以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１（ａ）及び図１（ｂ）に示されるように、本発明のスポットサイズ変換導波路付きファイバアレイ１は、複数のシングルモードファイバ２を含んで構成されたファイバアレイ３と、これらシングルモードファイバ２よりスポットサイズが小さい複数のコアを有する高Δ光導波路（図示せず）とを接続するために、上記ファイバアレイ３にスポットサイズ変換導波路４を付加し、このスポットサイズ変換導波路４の複数のコア５のそれぞれを、ファイバアレイ側端６では上記シングルモードファイバ２のコア７と同等のスポットサイズに形成すると共にファイバアレイ側端６から高Δ光導波路側端８に至る途中で上記高Δ光導波路のコアと同等のスポットサイズとなるように変化させたたものである。

ファイバアレイ３の内部構造は、複数本（ここでは２本）平行に並べたシングルモードファイバ２を押さえ板９で押さえて固定したものである。シングルモードファイバ２は、クラッド１０とコア７からなる。

ファイバアレイ３とスポットサイズ変換導波路４との間には、樹脂部１１が設けられている。この樹脂部１１は、ファイバアレイ３とスポットサイズ変換導波路４とを樹脂により接着接続したために形成されたものである。つまり、ファイバアレイ３とスポットサイズ変換導波路４とが樹脂部１１によって接合されてスポットサイズ変換導波路付きファイバアレイ１が構成されている。

ファイバアレイ３のスポットサイズ変換導波路側端面１２とスポットサイズ変換導波路４のファイバアレイ側端面１３は、いずれも光の反射防止のために光軸に垂直な面に対してθ＝６°以上の角度で斜めに研磨されている。また、スポットサイズ変換導波路４の高Δ光導波路側端面１４は、図示しない高Δ光導波路の端面と同様の角度で斜めに研磨されている。

スポットサイズ変換導波路４のコア５は、ファイバアレイ側端６から所定の位置１５まで横幅が一定で、その位置１５から所定の位置１６までの間に横幅が狭まり、その位置１６から高Δ光導波路側端８まで横幅が一定となっている。また、スポットサイズ変換導波路４のコア５は、ファイバアレイ側端６から所定の位置１５まで高さが一定で、その位置１５から所定の位置１６までの間に高さが低くなり、その位置１６から高Δ光導波路側端８まで高さが一定となっている。よって、コア５の断面積は、ファイバアレイ側端６から位置１５まで一定、位置１５から位置１６まで漸減、位置１６から高Δ光導波路側端８まで一定となる。

コア５は、ファイバアレイ側端６から高Δ光導波路側端８まで屈折率が一定である。

上記構成により、シングルモードファイバ２のコア７を伝搬する光のスポット＃ａとスポットサイズ変換導波路４のコア５のファイバアレイ側端６におけるスポット＃ｂは、互いに同等の大きさのスポットサイズを有する。スポットサイズ変換導波路４のコア５の高Δ光導波路側端８におけるスポット＃ｃは、高Δ光導波路のコアを伝搬する光のスポットと同等のスポットサイズを有する。そして、スポット＃ａ，＃ｂのスポットサイズよりスポット＃ｃのスポットサイズが小さい。

なお、この実施形態では、ファイバアレイ３が２芯であるが、３芯以上でも本発明は適用できる。また、シングルモードファイバ２が１芯の場合でも本発明は適用できる。

また、上記構成により、スポットサイズ変換導波路４のコア５は、高Δ光導波路側端８に至るよりも手前で高Δ光導波路のコアと同等のスポットサイズとなっている。このように、ファイバアレイ３に対して付加するスポットサイズ変換導波路４が高Δ光導波路のコアと同等のスポットサイズのコアを有するので、その相手となる高Δ光導波路にはスポットサイズ変換部を形成する必要がない。したがって、スポットサイズ変換部を持たないあらゆる導波路型光デバイス（高Δ光導波路）に対して本発明のスポットサイズ変換導波路付きファイバアレイ１を接続することができる。

本発明を特許文献２の発明と比較すると、特許文献２の発明は、断面積の減少増大だけでなく、屈折率も減少増大させることにより、スポットサイズ変換部を小型（長さを短く）にしている。これに対し、本発明は、製造コストを安くできることが最大のメリットであり、特に小型化を目指すものではない。また、特許文献２の発明は、屈折率を変化させているので、反射光が生じにくい利点がある。これに対し、本発明は、屈折率が異なる部分で反射が生じるのを防ぐために、斜め構造を採っている。

次に、スポットサイズ変換導波路付きファイバアレイの製造方法を説明する。

図２〜図４に示した製造方法は、複数個のスポットサイズ変換導波路を集積した導波路集積部材を使用することにより、複数個のスポットサイズ変換導波路付きファイバアレイを一括製造するものであり、特に、図の左右で１対となる２つのスポットサイズ変換導波路が互いにスポットサイズが小さいコアで繋がっていることに特徴を有する。

まず、図２に示されるように、導波路集積部材２１を形成する。この導波路集積部材２１は複数のコア２２を有する。これらのコア２２は、いずれも一端２３と反対端２４にてファイバアレイ３のシングルモードファイバ２のコア７とスポットサイズが同等であると共に、一端２３と反対端２４の中間部では高Δ光導波路（図示せず）のコアとスポットサイズが同等である。導波路集積部材２１は、一端２３と反対端２４との中心位置に引いたＹ−Ｙ線の左右で対称な構造となっている。

ここでは、図１に示した２芯のスポットサイズ変換導波路付きファイバアレイ１を４個製造するものとし、このために、コア２２は４本形成し、そのうち２本ずつはファイバアレイ３のコアピッチと同じコアピッチとし、上段の２本のコアと下段の２本のコアとの間はコアピッチよりも広い間隔をとる。

この導波路集積部材２１の一端２３にファイバアレイ３を臨ませ、反対端２４に別のファイバアレイ３を臨ませ、一方のファイバアレイ３を他方のファイバアレイ３のモニタ用ファイバアレイとして利用して調芯を行い、これらファイバアレイ３，３を導波路集積部材２１に接続する。ファイバアレイ３をモニタ用ファイバアレイとして利用する他は、調芯の方法は従来と同じであり、一方のファイバアレイ３の遠端から光を入射して他方のファイバアレイ３の遠端から出射させてモニタする。これにより、一方のファイバアレイ３と導波路集積部材２１と他方のファイバアレイ３とが一貫して調芯されることになる。

なお、図２の形態では、上下２段のファイバアレイ３を一体化したマルチファイバアレイ２７を導波路集積部材２１に接続するようにしている。

その後、図３に示されるように、導波路集積部材２１を一端２３と反対端２４の中間部、例えばＹ−Ｙ線（図２参照）の位置でダイシングにより切断して左右２つのスポットサイズ変換導波路アレイ２５，２５に分離する。各切断面２６を斜めに研磨加工する。

次いで、図４に示されるように、各スポットサイズ変換導波路アレイ２５を上段の２本のコアと下段の２本のコアとの中間線Ｚ−Ｚ（図３参照）の位置で切断して上下左右４つのスポットサイズ変換導波路４に分離する。これにより、４個のスポットサイズ変換導波路付きファイバアレイ１ができあがる。

以上のように、スポットサイズ変換導波路４の複数個分を集積して導波路集積部材２１を作製することにより、スポットサイズ変換導波路４の１個あたりのコスト低減が図れる。

このうち上下多段にスポットサイズ変換導波路４が並ぶようにした効果は、複数のファイバアレイ３を一括して調芯できることである。これにより、図示の例では調芯工数が１／２となる。

左右にスポットサイズ変換導波路４が並ぶようにした効果としては、導波路集積部材２１の一端２３にファイバアレイ３を臨ませ、反対端２４に別のファイバアレイ３を臨ませ、一方のファイバアレイ３を他方のファイバアレイ３のモニタ用ファイバアレイとして利用して調芯を行うようにしたので、従来に比べてモニタ用ファイバアレイが不要となると共に、一挙に左右２個のファイバアレイ３が調芯できることになり、調芯の作業効率が高くなることである。これにより、図示の例では調芯工数が１／２となる。前記の効果と合わせれば、調芯工数が１／４となる。

また、導波路集積部材２１は一端２３も反対端２４もコア２２のスポットサイズが大きい。従来のように高Δ光導波路のコアと同等のスポットサイズのコアを有するモニタ用ファイバアレイを調芯するよりも、導波路集積部材２１にファイバアレイ３を調芯することが容易となる。

次に、導波路集積部材の他の実施形態を説明する。

図５に示されるように、導波路集積部材５１は、４つのコア５２を有する。コア５２は、一端５３と反対端５４にてファイバアレイ３のシングルモードファイバ２のコア７とスポットサイズが同等であると共に、一端５３と反対端５４の中間部では高Δ光導波路（図示せず）のコアとスポットサイズが同等である。そして、コア５２は、この中間部で屈曲しているために、一端５３におけるコア５２の配置と反対端５４におけるコア５２の配置とが互いにオフセット量Δずれている。また、中間部には２箇所のダイシング部５５があり、両ダイシング部５５の間がオフセット用曲げ部５６となっている。

もし、一端５３から反対端５４までコア５２が一直線であると、調芯時に一端５３から光を入射したとき、コア５２に結合しなかった光がクラッドを通り反対端５４に臨ませたファイバアレイのコアに結合してしまう。この現象は素子長Ｌが短いほど強く現れる。しかし、オフセット量Δのずれを設けたことにより、調芯時に一端５３から光を入射したとき、コア５２に結合しなかった光が反対端５４に臨ませたファイバアレイ（図示せず）のコアに結合しにくくなり、調芯が容易となり、製造時間を短縮できる。

オフセット量Δは、５０μｍ以上であればよく、好ましくはシングルモードファイバ２のファイバ径２５０μｍ以上である。

次に、スポットサイズ変換導波路がピッチ変換の機能も備える実施形態を説明する。

図６に示されるように、スポットサイズ変換導波路６１は、一端（ファイバアレイ３を接続する側）６３におけるコア６２の並びピッチがファイバアレイ３と同等の２５０μｍであり、反対端（高Δ光導波路を接続する側）６４におけるコア６２の並びピッチが高Δ光導波路（図示せず）と同等の５０μｍである。このように、両側におけるコアの並びピッチが互いに異なっている。

このスポットサイズ変換導波路６１は、ピッチ変換の機能も備えるので、ファイバアレイ３と高Δ光導波路のコアの並びピッチが異なるときに、ピッチ変換専用の光回路を使用せずともよいという利点を有する。例えば、３２チャンネルの高ΔＡＷＧや３２チャンネルの１×３２スプリッタはシングルモードファイバ２のファイバアレイ３とはコアの並びピッチが異なるが、スポットサイズ変換導波路６１を用いればスポットサイズを変換するだけでなく、ピッチも変換することができる。

本発明の一実施形態を示すスポットサイズ変換導波路付きファイバアレイの図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＸ−Ｘ断面及び光強度分布波形図である。 本発明の製造方法の最初の工程を示す平面図である。 本発明の製造方法の次の工程を示す平面図である。 本発明の製造方法の最後の工程を示す平面図である。 本発明の他の実施形態を示す導波路集積部材を示す平面図である。 本発明の他の実施形態を示す導波路集積部材を示す平面図である。 従来におけるシングルモードファイバと高Δ光導波路との接続構造を示す側面図である。 複数のシングルモードファイバからなるファイバアレイに対して複数のコアを有するスポットサイズ変換導波路を接続するときの調芯方法を示した平面図である。

符号の説明

１ スポットサイズ変換導波路付きファイバアレイ
２ シングルモードファイバ
３ ファイバアレイ
４ スポットサイズ変換導波路
５ コア
６ ファイバアレイ側端
７ コア
８ 高Δ光導波路側端

Claims (6)

1. 複数のシングルモードファイバからなるファイバアレイと、これらシングルモードファイバよりスポットサイズが小さい複数のコアを有する高Δ光導波路とを接続するために、上記ファイバアレイにスポットサイズ変換導波路を付加し、このスポットサイズ変換導波路の複数のコアのそれぞれを、ファイバアレイ側端では上記シングルモードファイバのコアと同等のスポットサイズに形成すると共にファイバアレイ側端から高Δ光導波路側端に至る途中で上記高Δ光導波路のコアと同等のスポットサイズとなるように変化させたことを特徴とするスポットサイズ変換導波路付きファイバアレイ。
2. 上記スポットサイズ変換導波路のファイバアレイ側端におけるコアの並びピッチが高Δ光導波路側端におけるコアの並びピッチと異なることを特徴とする請求項１記載のスポットサイズ変換導波路付きファイバアレイ。
3. 複数のシングルモードファイバからなるファイバアレイと、これらシングルモードファイバよりスポットサイズが小さい複数のコアを有する高Δ光導波路とを接続するために、上記ファイバアレイにスポットサイズ変換導波路を付加し、このスポットサイズ変換導波路の複数のコアのそれぞれを、ファイバアレイ側端では上記シングルモードファイバのコアと同等のスポットサイズに形成すると共にファイバアレイ側端から高Δ光導波路側端に至る途中で上記高Δ光導波路のコアと同等のスポットサイズとなるように変化させたスポットサイズ変換導波路付きファイバアレイの製造方法において、一端と反対端にてシングルモードファイバのコアとスポットサイズが同等である複数のコアを有し、かつ、これらのコアが上記一端と上記反対端の中間部および中間部近傍では高Δ光導波路のコアとスポットサイズが同等である導波路集積部材を形成し、この導波路集積部材の上記一端に上記ファイバアレイを臨ませ、上記反対端に別のファイバアレイを臨ませ、一方のファイバアレイを他方のファイバアレイのモニタ用ファイバアレイとして利用して調芯を行い、これらファイバアレイを上記導波路集積部材に接続した後、上記導波路集積部材を上記一端と上記反対端の中間部または中間部近傍で切断して２つのスポットサイズ変換導波路に分離することを特徴とするスポットサイズ変換導波路付きファイバアレイの製造方法。
4. 上記導波路集積部材の複数のコアを上記一端と上記反対端の中間部で屈曲させることにより、上記一端におけるコアの配置と上記反対端におけるコアの配置とが互いにずれるようにしたことを特徴とする請求項３記載のスポットサイズ変換導波路付きファイバアレイの製造方法。
5. 一端と反対端にてシングルモードファイバのコアと同等のスポットサイズに形成されたコアを有し、かつ、このコアが上記一端と上記反対端の中間部および中間部近傍では高Δ光導波路のコアと同等のスポットサイズに形成されていることを特徴とする導波路集積部材。
6. 上記コアが上記一端と上記反対端の中間部で屈曲していることにより、上記一端におけるコアの配置と上記反対端におけるコアの配置とが互いにずれていることを特徴とする請求項５記載の導波路集積部材。
   

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