JP2008003637A - 光素子結合構造体及び光ファイバー構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】周囲環境の温度変化による結合損失変動を軽減することができる、光ファイバーと光導波路とを結合する光素子結合構造体を提供する。
【解決手段】本発明は、光ファイバーと光導波路とを結合する光素子結合構造体に関する。本発明による光素子結合構造体(1)は、光ファイバー(2)と、光導波路(4)が形成された基板(6)とを有する。基板(6)は、光ファイバー(2)と光導波路(4)とが整列するように形成されたＶ字形断面の溝(8)と、この溝(8)の光導波路(4)側に形成された凹部(10)を有する。光ファイバー(2)は、溝(8)に接着剤(22)によって固着される。凹部(10)に突出した光ファイバー(2)の先端部(18)と光導波路(4)とが、それらの間及び凹部(10)に充填された結合剤(24)によって結合される。
【選択図】図１

Description

本発明は、光ファイバー構造体に関し、更に詳細には、光ファイバーと光導波路とを結合させた光ファイバー構造体である光素子結合構造体に関する。

また、本発明は、基板に設けられたＶ字形断面の溝によって位置決めされた光ファイバーが基板と押え部材との間に接着剤によって固定された光ファイバー構造体に関する。

従来から、光ファイバー構造体の一例として、Ｖ字形断面の溝と光導波路とが一体に形成され、Ｖ字形断面の溝に配置した光ファイバーと光導波路とを結合させた光素子結合構造体（光モジュール）が知られている（例えば、特許文献１〜３参照）。かかる光素子結合構造体を、特許文献１及び３に開示されている光素子結合構造体を例にして以下に説明する。
図７は、特許文献１に開示されている光素子結合構造体である。光素子結合構造体７０は、光ファイバー７２と、光ファイバー７２と整列させるべき光導波路７４が形成された基板７６とを有している。基板７６は、光ファイバー７２を載せたときに光ファイバー７２と光導波路７４とが整列するように形成されたＶ字形断面の溝７８と、この溝７８の光導波路７４側に形成された凹部８０とを有している。
光ファイバー７２を、その先端部が凹部８０に突出するようにＶ字形断面の溝７８に配置し、更に、光ファイバー７２の先端を光導波路７４の入口に当接させる。それにより、光ファイバー７２と光導波路７４とが整列し、即ち、心出しされる。次いで、光ファイバー７２とＶ字形断面の溝７８とを接着剤によって固着する。それにより、光ファイバー７２と光導波路７４との間の整列状態を維持することができる。

図８は、特許文献３に開示されている光素子結合構造体である。光素子結合構造体９０は、光ファイバー９１と、光ファイバー９１と整列させるべき光導波路９２が形成された基板９３と、光ファイバー９１を固定するための固定溝９４と、固定溝９４に設けられた接着剤分離溝９５とを有している。光ファイバー９１と光導波路９２との間には、紫外線硬化型の端面接続用接着剤９６が少量滴下され、光ファイバー９１と基板９３の固定溝９４との間には、固定用接着剤９７が塗布されている。
光ファイバー９１と光導波路９２とを心出しした状態で、それらの間に滴下された紫外線硬化型接着剤９６を硬化させることにより、光ファイバー９１と光導波路とを確実に接着する。次いで、固定用接着剤９７を硬化させることにより、光ファイバー９１と基板９３とを接着する。端面接続用接着剤９６と固定用接着剤９７とが接着剤分離溝９５によって分離されているので、固定用接着剤９７が硬化するときに収縮しても、端面接続用接着剤９６が固定用接着剤に引っ張られることが防止され、その結果、光ファイバー９１と光導波路９２との間の心ずれを防止することができる。光素子結合構造体９０の室温約２５度における結合損失は０．５ｄＢ以下に押えられている。

また、従来から、光ファイバー構造体の他の例として、基板に設けられたＶ字形断面の溝によって位置決めされた光ファイバーが基板と押え部材との間に接着剤によって固定されている光ファイバー構造体が知られている。かかる光ファイバー構造体は、例えば、光ファイバーアレイ、Ｖ字形断面の溝と光導波路とが一体に形成され、Ｖ字形断面の溝に配置した光ファイバーと光導波路とを結合させた光素子結合構造体（光モジュール）、光ファイバーアレイと光導波路とを結合させた光素子結合構造体（光モジュール）等として知られている（例えば、特許文献４参照）。
図２６は、Ｖ字形断面の溝と光導波路とが一体に形成され、Ｖ字形断面の溝に配置した光ファイバーと光導波路とを結合させた光素子結合構造体（光モジュール）の一例を部分的に断面にした正面図である。また、図２７は、図２６の線ＸＸＶＩＩ−ＸＸＶＩＩにおける断面図である。光素子結合構造体２００は、端面２０２ａを有し且つ長手方向に延びる上流側光ファイバー２０２と、この上流側光ファイバー２０２の端面２０２ａと対向する向きに配置された端面２０４ａを有し且つ長手方向に延びる下流側光ファイバー２０４と、上流側光ファイバー２０２から下流側光ファイバー２０４に光が伝達されるようにそれらの間に設けられた光導波路２０６とを有している。光素子結合構造体２００は、更に、上流側光ファイバー２０２及び下流側光ファイバー２０４を受入れて位置決めするためのＶ字形断面の溝２０８が設けられた基板２１０と、上流側光ファイバー２０２及び下流側光ファイバー２０４をそれぞれ、それらの上から覆い且つこれらの光ファイバー２０２、２０４を基板２１０に向かって押え付ける押えブロック２１２、２１４と、基板２１０、光ファイバー２０２、２０４及び押えブロック２１２、２１４を互いに固定するためにそれらの間の空間に充填された接着剤２１６とを有している。押えブロック２１２，２１４は、上流側光ファイバー２０２及び下流側光ファイバー２０４と接触する接触面２１８を有している。
この光素子結合構造体２００では、上流側光ファイバー２０２を伝播してきた光は、光導波路２０６を通って下流側光ファイバー２０４に伝達される。

特開平１−１２６６０８号公報（第１図） 特開２００１−２８１４７９号公報（段落００１７及び図１） 特開２０００−１０５３２４号公報（請求項１、段落００５２及び図１ｂ） 特開２００３−３２２７４４号公報（図１〜図５）

例えば、引用文献４に開示された光素子結合構造体２００において、上流側光ファイバー２０２から光導波路２０６に光が伝達されるとき、及び、光導波路２０６から下流側光ファイバー２０４に光が伝達されるとき、伝達される光パワーに、結合損失と呼ばれる損失が生じる。この結合損失は、上流側の光パワー（Ｐｉ）に対する下流側の光パワー（Ｐｏ）の比をデシベル単位で表したもの（１０log₁₀（Ｐｏ／Ｐｉ））である。

図２６及び図２７に示した光素子結合構造体２００の結合損失、即ち、上流側光ファイバー２０２と光導波路２０６との間の結合損失、又は、光導波路２０６と下流側光ファイバー２０４との間の結合損失は、接着剤の粘度及び周囲温度の変化に応じて変動することがある。このことを、図２８及び図２９を参照して説明する。図２８は、周囲温度が＋２５℃、即ち、光ファイバー２０２、２０４を基板２１０のＶ字形断面の溝２０８に固定したときとほぼ同じ温度における、接着剤２１６の粘度と結合損失の測定値との関係を示す図である。また、図２９は、周囲温度が−４０℃〜＋８５℃にわたって変化したときにおける、接着剤２１６の粘度と結合損失の測定値の変動との関係を示す図である。
図２８及び図２９から分かるように、接着剤２１６の粘度が比較的低い場合には、＋２５℃における光素子結合構造体２００の結合損失は比較的小さいが（図２８参照）、温度が−４０℃〜＋８５℃にわたって変化したとき、結合損失の変動は比較的大きい（図２９参照）。結果として、＋２５℃における光素子結合構造体２００の結合損失が小さくても、−４０℃又は＋８５℃における光素子結合構造体２００の結合損失がかなり大きくなる。
また、接着剤２１６の粘度が比較的高い場合には、＋２５℃における光素子結合構造体２００の結合損失は比較的大きいが（図２８参照）、温度が−４０℃〜＋８５℃にわたって変化したときの結合損失の変動は比較的小さい（図２９参照）。結果として、温度が＋２５℃、−４０℃又は＋８５℃における光素子結合構造体２００の結合損失は比較的大きいまま、あまり変動しない。
なお、図３０は接着剤の弾性率と粘度の関係を示す図である。図３０から分かるように、接着剤の粘度と弾性率との間には比例関係があり、接着剤の粘度が高くなると、弾性率も高くなる。従って、結合損失は、接着剤の粘度及び周囲温度の変化に応じて変動するだけでなく、接着剤の弾性率に応じて変動する。

一方、近年、光インターネット回線網が各家庭に普及するようになってきた。各家庭への光インターネット回線の提供は、回線提供側の光ファイバーを光スプリッタによって複数本の光ファイバーに分岐し、分岐させた光ファイバーを各家庭に引込むことによって行う方法が主流になりつつある。この光スプリッタに、上述した光ファイバーと光導波路とを結合する光素子結合構造体が使用されている。光スプリッタは、例えば、各家庭の近くの電柱に取付けられたボックスの中に配置されるため、周囲環境の温度の影響を受ける。特に、かかるボックス内の温度は、大気の温度変化よりも大きく変化することがある。その結果、上述した光素子結合構造体を利用した光スプリッタを介して各家庭に伝送される光の損失即ち光素子結合構造体の結合損失が、周囲環境の温度変化によって変動し、即ち、増大することがある。

従って、周囲温度及び光ファイバー構造体の温度が、例えば、−４０℃〜＋８５℃にわたって変化したとき、光素子結合構造体２００の結合損失が所定のレベル以下であることが好ましい。所定のレベルは、好ましくは、０．６ｄＢであり、更に好ましくは、０．５ｄＢであり、更に好ましくは、０．４ｄＢである。また、特許文献３に開示された光素子結合構造体９０において、２５℃における結合損失０．５ｄＢ以下が達成されているが、結合損失を更に軽減することが望ましく、結合損失０．２ｄＢ以下が好ましい。

そこで、本発明は、周囲環境の温度変化による光の伝送損失変動即ち結合損失変動を軽減することができる、光ファイバーと光導波路とを結合する光素子結合構造体を提供することを第１の目的とする。

また、本発明は、比較的高い粘度の接着剤を使用したときの結合損失を改善することができる光ファイバー構造体を提供することを第２の目的としている。
また、本発明は、温度が−４０℃〜＋８５℃にわたって変化したときの結合損失を所定のレベル以下にすることができる光ファイバー構造体を提供することを第３の目的としている。

上述した光素子結合構造体の結合損失変動について詳細に検討したところ、光ファイバーとＶ字形断面の溝との間の接着剤が周囲環境の温度変化によって膨張又は収縮することにより、光ファイバーがＶ字形断面の溝に対して相対移動し、それに伴って光ファイバーの先端部と光導波路との間に相対移動が生じ、その結果、両者の心がずれ、光素子結合構造体の結合損失が増大していることが分かった。

そこで、上記第１の目的を達成するために、本発明の第１の側面による光素子結合構造体は、光ファイバーと光導波路とを結合する光素子結合構造体であって、光ファイバーと、光ファイバーと整列させるべき光導波路が形成された基板と、を有し、基板は、光ファイバーを載せたときに光ファイバーと光導波路とが整列するように形成され且つ上向きに開放したＶ字形断面の溝と、この溝よりも下方に延び且つ上向きに開放した空間をＶ字形断面の溝の光導波路側に形成する凹部と、を有し、光ファイバーは、その先端部が凹部に突出するようにＶ字形断面の溝に配置され且つそこに光ファイバー用接着剤によって固着され、光ファイバーの先端部と光導波路とが、それらの間及び凹部に充填された光ファイバー用結合剤によって結合されていることを特徴としている。
このように構成された本発明による光素子結合構造体によれば、光ファイバーを、その先端部が凹部に突出するようにＶ字形断面の溝に配置し、更に、光ファイバーの先端を光導波路に当接させる。それにより、光ファイバーと光導波路とが整列し、即ち、心出しされる。実際には、光ファイバーと光導波路との間には、わずかな隙間がある。次いで、光ファイバーとＶ字形断面の溝とを光ファイバー用接着剤によって固着させる。更に、光ファイバーの先端部と光導波路の間及び凹部に光ファイバー用結合剤を充填し、光ファイバーの先端部と光導波路とを結合させる。それにより、光ファイバーと光導波路との間の整列状態を維持することができる。
詳細には、周囲環境の温度変化により、光ファイバーとＶ字形断面の溝との間に充填された光ファイバー用接着剤が膨張したり収縮したりする。このとき、従来技術の光素子結合構造体では、光ファイバーの先端部と光導波路との間の相対移動が生じ、両者の心がずれ、光の伝送損失即ち結合損失を増大させる。これに対して本発明による光素子結合構造体では、光ファイバーの先端部と光導波路とを光ファイバー用結合剤で結合しているので、光ファイバーの先端部と光導波路との間の相対移動が規制される。それにより、光素子結合構造体の結合損失を軽減させることができる。
また、凹部がＶ字形断面の溝の光導波路側に形成され、光ファイバーの先端部が凹部に突出するように配置されているという構成により、後述する実施形態の説明で明らかになるように、互いに異なる光ファイバー接着剤と光ファイバー結合剤とが接触していても光素子結合構造体の結合損失を軽減させることができる。この凹部は、Ｖ字形断面の溝を異方性エッチングによって形成した時に生じた溝の斜面をダイシング加工等によって除去する工程と同時に形成可能であり、特許文献３に開示されている接着剤分離溝９５をわざわざ設ける必要もないし、凹部だけを形成する工程を単独で追加する必要もない。また、ダイシング加工時の砥粒条件を適当に選択すれば、導波路端面の鏡面化が可能である。それにより、端面反射減衰量を減少させ、光素子結合構造体の結合損失を更に低減させることができる。

本発明の第１の側面による光素子結合構造体の実施形態において、好ましくは、基板は、更に、Ｖ字形断面の溝が形成された上面を有し、光素子結合構造体は、更に、上面と共に光ファイバーを挟むように且つ上面から間隔を隔てるように配置された押え部材を有し、この押え部材は、光ファイバーの上にかぶさるように配置された光ファイバーの外径よりも幅広の溝を有し、光ファイバー用接着剤は、更に、幅広の溝と光ファイバーとの間及び押え部材と上面との間に充填される。
このように構成された光素子結合構造体では、光ファイバーは、それとＶ字形断面の溝との間に充填された光ファイバー用接着剤及び光ファイバーと押え部材の幅広の溝との間に充填された光ファイバー用接着剤とによって基板に固着されている。即ち、光ファイバーは、概略的には、その下方部分１箇所、即ち、光ファイバーとＶ字形断面の溝との間に充填された光ファイバー用接着剤と、その上方部分２箇所、即ち、光ファイバーの両側と幅広の溝との間に充填された光ファイバー用接着剤の合計３箇所で支持される。それにより、周囲温度が変化して光ファイバー用接着剤の膨張又は収縮したとき、Ｖ字形断面の溝に対する光ファイバーの相対移動が規制され、それに伴い、光導波路に対する光ファイバーの先端部の相対移動も規制される。その結果、光素子結合構造体の結合損失を更に軽減することができる。

上記第１の側面による実施形態の光素子結合構造体において、光ファイバー用接着剤と光ファイバー用結合剤とは、同じ接着剤であっても良いし、異なる組成物であっても良いが、好ましくは、それらの弾性率は０．０１〜０．５ＧＰａであり、それらの線膨張係数は４０〜３００ｐｐｍ／℃である。また、それらの粘度は、好ましくは、１００〜１，０００ｍＰａ・ｓである。
上記第１の側面による実施形態の光素子結合構造体において、好ましくは、光ファイバー用接着剤と光ファイバー用結合剤とは同じ接着剤である。光ファイバー用接着剤と光ファイバー用結合剤とが同じ接着剤である場合には、接着又は結合に使用する組成物が１種類で済むため、製造工程の簡素化を図ることができる。

本発明の第１の側面による実施形態において、好ましくは、光素子結合構造体は、光ファイバーの先端部及び光ファイバー用結合剤を覆うように塗布された封止材を更に有し、封止材の弾性率は、光ファイバー用接着剤及び光ファイバー用結合剤の弾性率よりも大きい。
このように構成された光素子結合構造体では、光ファイバーの先端部と光導波路との間に充填された光ファイバー用結合剤が周囲温度の変化によって膨張又は収縮し、ひずみが発生する。しかしながら、封止材が光ファイバー用結合剤よりも大きい弾性率を有しているので、光ファイバー用結合剤のひずみを封止材によって規制することができる。それにより、光ファイバーの先端部と光導波路との間の相対移動を規制し、その結果、光の結合損失変動を軽減することができる。更に、封止材は、光ファイバー用結合剤と異なり、透明性の低い樹脂を使用することが可能になる。また、封止材に透湿度の小さい樹脂等を使用することが有利である。

上記第１の側面による実施形態の光素子結合構造体において、好ましくは、光ファイバー用接着剤と光ファイバー用結合剤とは同じ接着剤である。また、上記第１の側面による実施形態の光素子結合構造体において、光ファイバー用接着剤と光ファイバー用結合剤とは、同じ接着剤であっても良いし、異なる組成物であっても良いが、好ましくは、それらの弾性率は０．０１〜３．０ＧＰａであり且つそれらの線膨張係数は４０〜３００ｐｐｍ／℃であり、封止材の弾性率は５〜２０ＧＰａであり且つその線膨張係数は５〜３０ｐｐｍ／℃である。また、それらの粘度は、好ましくは、光ファイバー用接着剤及び光ファイバー用結合剤が１００〜８，０００ｍＰａ・ｓで、封止材が１０，０００〜２００，０００ｍＰａ・ｓである。

本発明の第１の側面による実施形態において、好ましくは、光ファイバー用接着剤と光ファイバー用結合剤とは異なる組成物であり、光ファイバー用結合剤の弾性率は、光ファイバー用接着剤の弾性率よりも小さい。
このように構成された光素子結合構造体では、光ファイバー用接着剤と光ファイバー用結合剤が異なる組成物であるため、両者が同じ接着剤である場合よりも、光ファイバーの先端部と光導波路との間の相対移動を規制することができる。詳細には、周囲環境の温度が変化した場合、光ファイバー用接着剤も光ファイバー用結合剤も膨張又は収縮する。もし両者が同じ接着剤であれば、両者は同じ割合で膨張又は収縮する。これに対して、光ファイバー用結合剤の弾性率が光ファイバー用接着剤よりも低い弾性率であれば、同じ温度変化に対して、光ファイバー用結合剤の膨張又は収縮の割合を光ファイバー用接着剤の膨張又は収縮の割合よりも小さくすることができる。それにより、光ファイバーとＶ字形断面の溝との間に相対移動が生じたとしても、光ファイバーと光導波路との間の相対移動を規制し、その結果、光素子結合構造体の結合損失変動を軽減することができる。また、光ファイバー用接着剤は、光ファイバーをＶ字形断面の溝に固着させるためだけに用いられるため、透明性や屈折率整合性が不要になり、かかる性質を有しない接着剤を選択することが可能になる。また、耐湿接着性の高い接着剤等を使用することが有利である。

上記第１の側面による実施形態の光素子結合構造体において、好ましくは、光ファイバー用結合剤は、更に、光ファイバーの先端部を覆って光ファイバーと光導波路を封止するように塗布される。
このように構成された光素子結合構造体では、光ファイバー用結合剤が、光ファイバーと光導波路の間にだけ充填されている場合よりも、周囲環境の温度変化による光ファイバー用結合剤の膨張及び収縮が規制される。それにより、光ファイバーと光導波路との間の相対移動を規制し、その結果、光素子結合構造体の結合損失変動を更に軽減することができる。

また、上記第１の側面による実施形態の光素子結合構造体において、好ましくは、光ファイバー用結合剤の弾性率は１０^-6〜１０^-3ＧＰａであり且つその線膨張係数は１００〜４００ｐｐｍ／℃であり、光ファイバー用接着剤の弾性率は０．０１〜３．０ＧＰａであり且つその線膨張係数は２０〜１００ｐｐｍ／℃である。また、それらの粘度は、好ましくは、光ファイバー用結合剤が１，０００〜５，０００ｍＰａ・ｓ、光ファイバー用接着剤が５，０００〜１００，０００ｍＰａ・ｓである。

また、引用文献４に開示された光ファイバー構造体に関し、本願の発明者は、粘度が比較的高い接着剤２１６を使用したとき、＋２５℃における結合損失が大きくなる原因を追求するために、粘度が比較的高い接着剤２１６を使用した光素子結合構造体（光ファイバー構造体）１００の断面を金属顕微鏡で観察した。その結果、基板２１０のＶ字形断面の溝２０８と光ファイバー２０２、２０４との間の隙間に接着剤２１６が残留していることを確認した。本願発明は、Ｖ字形断面の溝と光ファイバーとの間の隙間に残留する接着剤を少なくすることに鋭意努力した結果なし得た発明である。

上述した本発明の第２の目的を達成するために、本発明の第２の側面による光ファイバー構造体は、端面を有し且つ長手方向に延びる光ファイバーと、光ファイバーを受入れて位置決めするためのＶ字形断面の溝が設けられた基板と、光ファイバーをその上から覆い且つ光ファイバーを基板に向かって押え付ける押え部材と、基板、光ファイバー及び押え部材を互いに固定するためにそれらの間の空間に充填された接着剤と、有する光ファイバー構造体であって、押え部材は、光ファイバーの端面側から長手方向に順番に隣接して設けられた第１の接触部分、中間部分及び第２の接触部分を有し、光ファイバーを押え部材によって基板に向かって押え付けたとき、押え部材の第１の接触部分及び第２の接触部分が、光ファイバーに接触して光ファイバーを基板に向かって押え付け、押え部材の中間部分は、接着剤を介して光ファイバーと間隔をおいていることを特徴としている。

このように構成された本発明による光ファイバー構造体によれば、押え部材によって光ファイバーを基板に押し付けたとき、光ファイバーと基板のＶ字形断面の溝との間の余分な接着剤が押しのけられ、接着剤が光ファイバーと溝との間の隙間から流出する。光ファイバーと溝との間の距離が接近したとき、押え部材の第１の接触部分及び第２の接触部分が接触している光ファイバーの部分は、基板に向かって強制的に押し付けられる。これに対し、押え部材の中間部分と間隔をおいている光ファイバーの部分は、強制的には、基板に向かって押し付けられない。従って、特に接着剤の粘度が比較的高い場合、余分な接着剤は、基板に向って強制的に押し付けられている光ファイバーの部分、即ち、第１の接触部分及び第２の接触部分に対応する光ファイバーの部分と溝との間の隙間から流出しないで、中間部分と間隔をおいている光ファイバーの部分、即ち、中間部分に対応する光ファイバーの部分と溝との間の隙間から流出する。それにより、第１の接触部分及び第２の接触部分に対応する光ファイバーの部分を基板の溝により近づけることが可能になる。好ましくは、かかる光ファイバーの部分を基板の溝に実質的に接触させることができる。このことは、光ファイバーを、結合損失が最も少ない設計上の位置に近づけることを意味する。その結果、比較的高い粘度の接着剤を使用したときであっても、光ファイバー構造体の結合損失を改善することができる。もちろん、比較的低い粘度の接着剤を使用した光ファイバー構造体も、本発明に含まれる。
これに対し、従来技術の光ファイバー構造体では、光ファイバーを押え部材によって基板に押し付けることにより、光ファイバーと溝との間の距離が接近したとき、光ファイバーと基板のＶ字形断面の溝との間の余分な接着剤は、押えブロックの長手方向の全長にわたって、光ファイバーと溝との間の隙間から流出しにくくなる。特に接着剤の粘度が比較的高い場合、光ファイバーと溝との間の隙間に接着剤が残留してしまう。それにより、光ファイバーは、設計上の位置と異なる位置に位置決めされ、結合損失が大きくなる。

本発明の第２の側面による実施形態において、好ましくは、光ファイバーは、互いに平行に設けられた複数の光ファイバーから構成され、複数の光ファイバーに対応するＶ字形断面の溝が基板に設けられる。
このように構成された光ファイバー構造体では、光ファイバーと溝との間の隙間から光ファイバーと光ファイバーとの間の空間に流出した余分な接着剤が更に、押え部材の中間部分と光ファイバーとの間の空間を通って光ファイバーの上を越え、長手方向に対して横方向に流れる。それにより、押えブロックの第１の部分及び第２の部分に対応する光ファイバーの部分を溝により近づけるように、余分な接着剤が流れる。その結果、複数の光ファイバーの各々に対する結合損失を改善することができる。
このことは、特に、互いに整列するＶ字形断面の溝と光導波路コアとが一体に形成される光ファイバー構造体に有用である。また、隣接した光ファイバーのピッチをより均一にすることができるので、光ファイバーアレイを有する光ファイバー構造体にも有用である。
これに対し、従来技術の光ファイバー構造体では、押えブロックがその長手方向の全長にわたって光ファイバーと接触しているので、光ファイバーと光ファイバーとの間の空間に流出した余分な接着剤は、光ファイバーの上を越えて流れることはできない。従って、光ファイバーと溝との間の隙間に接着剤が残留しやすくなる。

本発明の第２の側面による実施形態において、好ましくは、押え部材の第１の接触部分は、光ファイバーと接触して光ファイバーを基板に向かって押し付けるための接触面と、長手方向を中心に接触面の両側に設けられ且つ基板と対向する対向面と、を有し、接触面は、対向面に対する凹み部を構成し、この凹み部の両側に位置する対向面と基板との間の距離は、２０〜４０μｍである。
このように構成された光ファイバー構造体では、押えブロックと基板とを確実に固定することができると共に、光ファイバー構造体の温度変化に対する結合損失の変動をより少なくすることができる。即ち、対抗面と基板との間の距離が大きくなりすぎると、押えブロックと基板との間の接着力が低下し、対向面と基板との間の距離が小さくなりすぎると、温度が変化したときに接着剤が光ファイバーに及ぼす応力が増大し、光ファイバー構造体の結合損失を悪化させる。
また、対向面が長手方向を中心に接触面の両側、即ち、横方向に設けられているので、押えブロック及び基板が光ファイバーに対してほぼ対称に配置される。それにより、温度が変化したときに接着剤が光ファイバーに及ぼす応力が相殺され、光ファイバー構造体の結合損失の低下を防止することができる。

本発明の第２の側面による実施形態において、接着剤の粘度は、好ましくは１０，０００〜５０，０００ｍＰａ・ｓ、より好ましくは２０，０００〜４０，０００ｍＰａ・ｓである。また、接着剤の弾性率は、好ましくは０．０１〜３．０ＧＰａであり、線膨張係数は好ましくは２０〜１００ｐｐｍ／℃である。
このように構成された光ファイバー構造体では、温度変化に対する光ファイバーの結合損失の変動が比較的小さくなる。従って、例えば、温度が−４０℃〜＋８５℃にわたって変化したときの結合損失を所定のレベル以下にすることができ、本発明の第３の目的が達成される。所定のレベルは、好ましくは、０．５ｄＢ、更に好ましくは、０．４ｄＢである。

本発明の第２の側面による実施形態において、好ましくは、第１の接触部分の長手方向長さは、光ファイバーの直径の０．５〜３倍である。
このように構成された光ファイバー構造体では、押え部材の第１の接触部分により光ファイバーを確実に基板の溝に近づけ、光ファイバーの結合損失を改善することができる。即ち、第１の接触部分の長手方向長さが短すぎると、光ファイバーを基板に押付ける力が不足しやすくなり、第１の接触部分の長手方向長さが長すぎると、従来技術の光ファイバー構造体の構造に近づくことになる。

本発明の第２の側面による実施形態において、好ましくは、基板は、Ｖ字形断面の溝が設けられた上面を有し、中間部分は、基板の上面と対向し且つ光ファイバーを横断する平らな下面を有する。
このように構成された光ファイバー構造体では、比較的容易な加工により、光ファイバー構造体の結合損失を改善することが可能である。

また、本発明の第２の目的を達成するために、本発明による光ファイバー構造体は、端面を有し且つ長手方向に延びる光ファイバーと、光ファイバーを受入れて位置決めするためのＶ字形断面の溝が設けられた基板と、光ファイバーをその上から覆い且つ光ファイバーを基板に向かって押え付ける押え部材と、基板、光ファイバー及び押え部材を互いに固定するためにそれらの間の空間に充填された接着剤と、有する光ファイバー構造体であって、基板は、光ファイバーの端面側から長手方向に順番に隣接して設けられた第１の溝付き部分、中間部分及び第２の溝付き部分を有し、基板の第１の溝付き部分及び第２の溝付き部分に、Ｖ字形断面の溝が設けられ、基板の中間部分は、接着剤を介して光ファイバーと間隔をおいていることを特徴としている。

このように構成された本発明による光ファイバー構造体によれば、押え部材によって光ファイバーを基板に押し付けたとき、光ファイバーと基板のＶ字形断面の溝との間の余分な接着剤が押しのけられ、接着剤が光ファイバーと溝との間の隙間から流出する。光ファイバーと溝との間の距離が接近したとき、基板の第１の溝付き部分及び第２の溝付き部分に受入れられる光ファイバーの部分は、基板に向かって強制的に押し付けられる。これに対し、基板の中間部分と間隔をおいている光ファイバーの部分は、強制的には、基板に向かって押し付けられない。従って、特に接着剤の粘度が比較的高い場合、余分な接着剤は、基板に向って強制的に押し付けられている光ファイバーの部分、即ち、第１の溝付き部分及び第２の溝付き部分に対応する光ファイバーの部分と溝との間の隙間から流出しないで、中間部分と間隔をおいている光ファイバーの部分、即ち、中間部分に対応する光ファイバーの部分と中間部分との間の空間から流出する。それにより、第１の溝付き部分及び第２の溝付き部分に対応する光ファイバーの部分を基板の溝により近づけることが可能になる。好ましくは、かかる光ファイバーの部分を基板の溝に実質的に接触させることができる。このことは、光ファイバーを、結合損失が最も少ない設計上の位置に近づけることを意味する。その結果、比較的高い粘度の接着剤を使用したときであっても、光ファイバー構造体の結合損失を改善することができる。もちろん、比較的低い粘度の接着剤を使用した光ファイバー構造体も、本発明に含まれる。

本発明の第２の側面による実施形態において、光ファイバー構造体は、光ファイバーアレイであってもよいし、Ｖ字形断面の溝と光導波路とが一体に結合され、Ｖ字形断面の溝に配置した光ファイバーと光導波路とを結合させた光素子結合構造体（光モジュール）であってもよいし、光ファイバーアレイと光導波路とを結合させた光素子結合構造体（光モジュール）であってもよい。

本発明による光ファイバーと光導波路とを結合する光素子結合構造体によれば、周囲環境の温度変化による光の結合損失変動を軽減することができる。

上述したように、本発明の光ファイバー構造体は、比較的高い粘度の接着剤を使用したときの結合損失を改善することができる。
また、本発明の光ファイバー構造体は、温度が−４０℃〜＋８５℃にわたって変化したときの結合損失を所定のレベル以下にすることができる。

以下、図面を参照して、本発明の第１の側面による光素子結合構造体の４つの実施形態を詳細に説明する。最初に、本発明の第１の側面による第１の実施形態を図１及び図２を参照して説明する。図１は、本発明の第１の側面による第１の実施形態である光ファイバー及び光導波路の光素子結合構造体の、部分的に断面にした正面図であり、図２は、図１の線ＩＩ−ＩＩにおける断面図である。

図１及び図２に示すように、光ファイバーと光導波路とを結合する光素子結合構造体１は、光ファイバー２と、この光ファイバー２と整列させるべき光導波路４が形成された基板６とを有している。光ファイバー２は、入口側光ファイバー２ａと出口側光ファイバー２ｂとを有し、入口側光ファイバー２ａの中を伝わってきた光が光導波路４を通って出口側光ファイバー２ｂに伝わるように、入口側光ファイバー２ａのコア２ｃの端面２ｄと光導波路４の入口端面４ａとが整列し、光導波路４の出口端面４ｂと出口側光ファイバー２ｂのコア２ｅの端面２ｆとが整列している。入口側光ファイバー２ａ及び出口側光ファイバー２ｂは、１本でもあっても良いし、横方向に複数設けられ、即ち、アレイ状であっても良い。例えば、入口側光ファイバー２ａが１本であり、出口側光ファイバー２ｂがアレイ状であれば、光素子結合構造体１は光スプリッタとして機能し、入口側光ファイバー２ａがアレイ状であり出口側光ファイバー２ｂが１本であれば、光素子結合構造体１は光結合器として機能する。光素子結合構造体１の入口側の構造と出口側の構造とは同様であるので、以下、入口側の構造のみについて説明し、出口側の構造の説明は省略する。

基板６は、光ファイバー２を載せたときに光ファイバー２と光導波路４とが整列するように形成され且つ上向きに開放したＶ字形断面の溝８と、この溝８よりも下方に延び且つ上向きに開放した空間をＶ字形断面の溝８の光導波路４側に形成する凹部１０とを有している。詳細には、基板６は、ベース部１２から上方に延び、光ファイバー２を支持するための光ファイバー支持部１４と、この光ファイバー支持部１４と間隔を隔ててベース部１２から上方に延び、上部に光導波路４が形成された光導波路部１６とを有し、光ファイバー支持部１４と光導波路部１６との間に凹部１０が形成されている。Ｖ字形断面の溝８は、光ファイバー支持部１４の上面１４ａに形成されている。Ｖ字形断面の溝８及び光導波路４は、Ｖ字形断面の溝８の上に既知の外径（例えば１２５μｍ）の光ファイバー２を載せたときに光ファイバー２と光導波路４とが整列するように形成されている。凹部１０の底面１０ａは、光ファイバー支持部１４の上面１４ａとほぼ平行に形成され、凹部１０の２つの側面１０ｂは、底面１０ａとほぼ垂直に形成されている。凹部１０の光ファイバー長手方向の長さは、例えば、１００〜１５０μｍである。

光ファイバー２は、その先端部１８が凹部１０に突出するようにＶ字形断面の溝８に配置されており、それにより、光ファイバー２と光導波路４とが整列している。光ファイバー２ａの端面２ｄは、光導波路４の入口端面４ａに当接されることが好ましいが、実際には、それらの自動組立てを容易にするため、光ファイバー２ａの端面２ｄと光導波路４の入口端面４ａとの間には、約１０〜２０μｍの隙間が生じている。又、光ファイバー２は、それとＶ字形端面の溝８との間の空間２０に充填された光ファイバー用接着剤２２によってＶ字形断面の溝８に固着されている。
更に、光ファイバー２の先端部１８と光導波路４とは、それらの間及び凹部１０に充填された光ファイバー用結合剤２４によって結合されている。光ファイバー用結合剤２４は、光ファイバー２から光導波路４へ伝送される光が通過するため、光に対して透明であり（透明性）且つ適当な屈折率を有する（屈折率整合性）ことが必要であり、屈折率調整剤として使用されているものであることが好ましい。光ファイバー用結合剤２４は、紫外線硬化樹脂又は可視光硬化樹脂等の光硬化型接着剤であっても良いし、それに熱硬化触媒が予め添加された光熱併用硬化型接着剤であっても良いし、ゲル状の組成物であってもよいし、充填剤であってもよい。光硬化型接着剤は、例えば、ダイキン製紫外線硬化型エポキシ系樹脂「ＵＶ２１００」である。また、光熱併用硬化型接着剤は、紫外線硬化型エポキシ系樹脂又は紫外線硬化型アクリル系樹脂等であり、例えば、ＥＭＩ製紫外線熱硬化型エポキシ系樹脂「３５５３ＨＭ」である。
光ファイバー用接着剤２２は、光ファイバー用結合剤２４と同様の組成物であることが好ましい。更に、光ファイバー用接着剤２２と光ファイバー用結合剤２４とは、同じ接着剤であることが好ましいが、異なる組成物であっても良い。図１では、光ファイバー用接着剤２２と光ファイバー用結合剤２４とが同じ接着剤である場合を示している。

本発明の第１の側面による第１の実施形態による光ファイバー及び光導波路の光素子結合構造体１の製造方法の一例は、以下の通りである。シリコン、高分子材料等で作られた基板６を準備し、Ｖ字形断面の溝８を、フォトリソグラフィにより作成したレジストパターンに従って異方性エッチングを施すことによって形成する。次いで、Ｖ字形断面の溝８を形成した基板６に光導波路４を形成する。詳細に説明すると、光導波路４を高分子材料で形成する場合には、スピン塗布や鋳型などによりクラッド層及びその上のコア層を形成した後、フォトリソグラフィ、反応性イオンエッチングなどのプロセス加工や、型押し等の機械加工を施してコア層から矩形断面のコアを形成し、更に、上記と同様の方法によりコアを覆うようにクラッド層を形成して、光導波路４を形成する。また、光導波路４を石英で形成する場合には、火炎堆積法やＣＶＤ法などにより基板６の上に石英層を形成し、ドライエッチングなどのプロセス加工により矩形の石英コアにした後、コアを覆うようにクラッド層を形成して、光導波路４を形成する。Ｖ字形断面の溝８の形成工程及び光導波路４の形成工程は、光ファイバー２をＶ字形断面の溝８に載せたときに光ファイバー２と光導波路４とが整列するＶ字形断面の溝８と光導波路４との位置関係が得られるように行われる。次いで、ドライエッチングやダイシング加工等により、Ｖ字形断面の溝８に載せた光ファイバーａの端面２ｄが光導波路４の入口端面４ａに当接できるように、凹部１０を形成する。次いで、光ファイバー用接着剤２２をＶ字形断面の溝８に塗布する。光ファイバー２の先端部１８が凹部１０に突出するように光ファイバー２をＶ字形断面の溝８に配置し、それにより、光ファイバー２と光導波路４とを接着させる。次いで、光ファイバー用結合剤２４を、光ファイバー２ａの端面２ｄと光導波路４の入口端面４ａとの間及び凹部１０に充填し、それにより、光ファイバー２の先端部１８と光導波路４とを結合させる。

次に、本発明の第１の側面による光素子結合構造体の第２の実施形態を図３及び図４を参照して説明する。図３は、本発明の第１の側面による第２の実施形態である光素子結合構造体の、部分的に断面にした正面図であり、図４は、図３の線ＩＶ−ＩＶにおける断面図である。
本発明の第１の側面による第２の実施形態である光ファイバー及び光導波路の光素子結合構造体は、後述する押え部材を追加したこと以外、上述した第１の側面による第１の実施形態である光素子結合構造体と同様である。従って、第１の側面による第１の実施形態と共通する部分には同じ参照番号を付してその説明を省略し、以下、異なる部分のみ説明する。

図３及び図４に示すように、本発明の第１の側面による第２の実施形態である光素子結合構造体３０は、光ファイバー支持部１４の上面１４ａと共に光ファイバー２を挟むように且つ上面１４ａから間隔を隔てて配置された押え部材３２を有している。押え部材３２は、ガラス又は高分子材料等で作られるのが好ましい。押え部材３２は、光ファイバー２の上にかぶさるように配置された光ファイバー２の外径よりも幅広の溝３４を有している。幅広の溝３４の断面形状は、矩形であっても良いし、Ｕ字形等であっても良い。幅広の溝３４と光ファイバー２との間には、光ファイバー用接着剤２２が充填される空間３６が光ファイバー２の両側に形成される。光ファイバー用接着剤２２は、幅広の溝３４と光ファイバー２との間及び押え部材３２と光ファイバー支持部１４の上面１４ａとの間に充填されている。
本実施形態の光ファイバー用接着剤２２及び光ファイバー用結合剤２４は、第１の側面による第１の実施形態の光ファイバー用接着剤２２及び光ファイバー用結合剤２４と同様のものである。更に、光ファイバー用接着剤２２と光ファイバー用結合剤２４とは、同じ接着剤であることが好ましいが、異なる組成物であっても良い。図３では、図１と同様、光ファイバー用接着剤２２と光ファイバー用結合剤２４とが同じ接着剤である場合を示している。

更に、光ファイバー用接着剤２２及び光ファイバー用結合剤２４の弾性率、線膨張係数及びガラス転移点を適当に選択することにより、周囲環境の温度変化による光ファイバー２と光導波路４との間の相対移動量、即ち、光導波路４への光の挿入損失変動即ち結合損失変動を小さくすることができる。光ファイバー用接着剤２２及び光ファイバー用結合剤２４の弾性率は０．０１〜０．５ＧＰａであり、その線膨張係数は４０〜３００ｐｐｍ／℃であることが好ましく、そのガラス転移温度Ｔｇは１００℃以上であり且つ周囲環境の温度よりも１５℃以上高いことが好ましい。また、光ファイバー用接着剤２２及び光ファイバー用結合剤２４の粘度は１００〜１，０００ｍＰａ・ｓが好ましく、１００〜５００ｍＰａ・ｓがより好ましい。光ファイバー用接着剤２２及び光ファイバー用結合剤２４は、例えば、ＮＴＴ−ＡＴ製紫外線硬化型アクリル系樹脂「ＡＴ８２２４」である。

本発明の第１の側面による第２の実施形態による光素子結合構造体３０の製造方法の一例は、上述した第１の側面による第１の実施形態による光素子結合構造体１の製造方法に追加して、適量の光ファイバー用接着剤２２を光ファイバー２の上に塗布し、押え部材３２の幅広の溝３６を光ファイバー２の上にかぶせる工程を行えば良い。

次に、本発明の第１の側面による光素子結合構造体の第３の実施形態を、図５を参照して説明する。図５は、本発明の第１の側面による第３の実施形態である光素子結合構造体の、部分的に断面にした正面図である。
本発明の第１の側面による第３の実施形態である光素子結合構造体は、後述する封止材を追加したこと以外、上述した第１の側面による第２の実施形態である光素子結合構造体と同様である。従って、第１の側面による第２の実施形態と共通する部分には同じ参照番号を付してその説明を省略し、以下、異なる部分のみを説明する。なお、第１の側面による第３の実施形態である光素子結合構造体の断面図は、第１の側面による第２の実施形態である光素子結合構造体の断面図である図４と同様であるため、それを省略する。

図５に示すように、本発明の第１の側面による第３の実施形態である光素子結合構造体４０は、光ファイバー２の先端部１８及び光ファイバー用結合剤２４を覆うように塗布された封止材４２を有している。封止材４２は、更に、押え部材３２と結合され、基板６の導波路部１６の上に延び、出口側の封止材と連結している。
本発明の第１の側面による第３の実施形態の光ファイバー用接着剤２２及び光ファイバー用結合剤２４は、第１の側面による第１の実施形態の光ファイバー用接着剤２２及び光ファイバー用結合剤２４と同様のものである。光ファイバー用接着剤２２及び光ファイバー用結合剤２４とは、同じ接着剤であっても良いし、異なる組成物であっても良いが、以下、両者が同じ接着剤であるものとして説明する。図５では、光ファイバー用接着剤２２と光ファイバー用結合剤２４とが同じ接着剤４４である場合を示している。接着剤４４は、例えば、ＥＭＩ製紫外線硬化型エポキシ系樹脂「３５５３ＨＭ」である。
封止材４２は、接着剤４４と異なる組成物である。更に、光ファイバー用接着剤２２及び光ファイバー用結合剤２４の弾性率が封止材４２の弾性率よりも小さいことが好ましい。封止材４２は、光ファイバー用結合剤２４と異なり、透明性のない接着剤であっても良い。また、封止材４２は、エポキシ系の樹脂であっても良いし、無溶剤型の液状封止材（例えば、日立化成工業製無溶剤型液状封止材「ＣＥＬ−Ｃ−１９００」）であっても良い。エポキシ系の樹脂を使用する場合、高湿環境での長寿命化を達成するために透湿度の小さいものを使用することが好ましい。

また、上述の接着剤４４及び封止材４２の弾性率、線膨張係数及びガラス転移温度Ｔｇを適当に選択することにより、周囲環境の温度変化による光ファイバー２と光導波路４との間の相対移動量、即ち、光導波路４への結合損失変動を小さくすることができる。光ファイバー用接着剤２２及び光ファイバー用結合剤２４の弾性率は０．０１〜３．０ＧＰａであり、その線膨張係数は４０〜３００ｐｐｍ／℃であることが好ましく、そのガラス転移温度Ｔｇは１００℃以上であり且つ周囲環境の温度よりも１５℃以上高いことが好ましい。光ファイバー用接着剤２２及び光ファイバー用結合剤２４の粘度は、１００〜８，０００ｍＰａ・ｓが好ましく、１００〜２，０００ｍＰａ・ｓがより好ましい。また、封止材４２の弾性率は５〜２０ＧＰａであり、その線膨張係数は５〜３０ｐｐｍ／℃であることが好ましく、そのガラス転移温度Ｔｇは１００℃以上であり且つ周囲環境の温度よりも１５℃以上高いことが好ましい。封止材４２の粘度は、１０，０００〜２００，０００ｍＰａ・ｓが好ましく、１０，０００〜１００，０００ｍＰａ・ｓがより好ましい。この場合、接着剤４４は、例えば、ダイキン製紫外線硬化型エポキシ系樹脂「ＵＶ２１００」であり、封止材は、例えば、日立化成工業製無溶剤型液状封止材「ＣＥＬ−Ｃ−１９００」である。

本発明の第１の側面による第３の実施形態である光素子結合構造体の製造方法の一例は、上述した第１の側面による第２の実施形態である光素子結合構造体の製造工程に加えて、封止材４２を、光ファイバー２の先端部１８及び光ファイバー用結合剤２４を覆うように塗布する工程を行えば良い。

次に、本発明の第１の側面による光素子結合構造体の第４の実施形態を図６を参照して説明する。図６は、本発明の第１の側面による第４の実施形態である光素子結合構造体の、部分的に断面にした正面図である。
本発明の第１の側面による第４の実施形態である光素子結合構造体５０は、光ファイバー用接着剤と光ファイバー用結合剤の組合わせが異なること及び光ファイバー用結合剤の塗布範囲が異なること以外、上述した第１の側面による第２の実施形態である光素子結合構造体３０と類似する。従って、第１の側面による第２の実施形態と共通する部分には同じ参照番号を付してその説明を省略し、以下、異なる部分のみ説明する。なお、第１の側面による第４の実施形態である光素子結合構造体の断面図は、第１の側面による第２の実施形態である光素子結合構造体の断面図である図４と同様であるため、それを省略する。

本実施形態においては、光ファイバー用結合剤５２と光ファイバー用接着剤２２とは、異なる組成物である。更に、光ファイバー用結合剤５２の弾性率は、光ファイバー用接着剤２２の弾性率よりも小さいことが好ましい。
また、光ファイバー用結合剤５２は、第１の側面による第２の実施形態の光ファイバー用結合剤２４が充填されている領域に加えて、光ファイバーの先端部を覆って光ファイバーと光導波路を封止するように塗布されている。光ファイバー用結合剤５２は、更に、押え部材３２と結合され、基板６の導波路部１６の上に延び、出口側の光ファイバー用結合剤と連結している。しかしながら、光ファイバー用結合剤５２が、第１の側面による第２の実施形態の光ファイバー用結合剤２４と同様、光ファイバー２の先端部１８と光導波路４との間及び凹部１０の領域に充填されているだけであっても良い。

光ファイバー用接着剤２２は、第１の側面による第１の実施形態と同様の組成物であっても良いし、光透過性又は屈折率整合性がない接着剤であっても良い。また、光ファイバー用接着剤２２は、耐湿接着性が高いものであっても良い。光ファイバー用接着剤２２は、例えば、ＥＭＩ製紫外線熱硬化型エポキシ系樹脂「３５５３ＨＭ」、協立化学製紫外線硬化型エポキシ系樹脂「ＷＲ８７７４」及び「ＷＲ８７７５」である。光ファイバー用結合剤５２は、接着剤であってもよいし、ゲル状の組成物であってもよいし、充填剤であってもよい。光ファイバー用結合剤５２は、例えば、協立化学製カチオン硬化型シリコーン樹脂「ＷＲ８９６２Ｈ」である。

また、上述の光ファイバー用結合剤５２及び光ファイバー用接着剤２２の弾性率、線膨張係数及びガラス転移温度Ｔｇを適当に選択することにより、周囲環境の温度変化による光ファイバー２と光導波路４との間の相対移動量、即ち、光導波路４への結合損失変動を小さくすることができる。光ファイバー用結合剤５２の弾性率は１０^-6〜１０^-3ＧＰａであり、その線膨張係数は１００〜４００ｐｐｍ／℃であることが好ましく、そのガラス転移温度Ｔｇは任意である。光ファイバー用結合剤５２の粘度は、１，０００〜５，０００ｍＰａ・ｓが好ましく、２，０００〜３，０００ｍＰａ・ｓがより好ましい。また、光ファイバー用接着剤２２の弾性率は０．０１〜３．０ＧＰａであり、その線膨張係数は２０〜１００ｐｐｍ／℃であることが好ましく、そのガラス転移温度Ｔｇは１００℃以上であり且つ周囲環境の温度よりも１５℃以上高いことが好ましい。光ファイバー用接着剤２２の粘度は、５，０００〜１００，０００ｍＰａ・ｓが好ましく、５，０００〜５０，０００ｍＰａ・ｓがより好ましい。この場合、光ファイバー用接着剤２２は、例えば、協立化学製紫外線硬化型エポキシ系樹脂「ＷＲ８７７４」及び「ＷＲ８７７５」であり、光ファイバー用結合剤５２は、例えば、協立化学製カチオン硬化型シリコーン樹脂「ＷＲ８９６２Ｈ」である。

本発明の第１の側面による第４の実施形態による光ファイバー及び光導波路の光素子結合構造体の製造方法の一例は、上述した第１の側面による第２の実施形態による光素子結合構造体の製造工程に加えて、光ファイバー用結合剤を、光ファイバーの先端部を覆って光ファイバーと光導波路を封止するように塗布すれば良い。

〔実験例〕
上述した本発明の第１の側面による各実施形態についての実験例を以下に説明する。各実験例に共通に用いた条件は、次の通りである。光ファイバー２は、外径１２５μｍのものを使用した。また、基板６は、単結晶であり異方性エッチングが容易なシリコンを使用した。押え部材３２は、光ファイバー用接着剤２２の紫外線硬化を可能にするために透明であり、しかも、基板６の材料であるシリコンと同じ線膨張係数（３．２ｐｐｍ／℃）を有するパイレックス（登録商標）ガラスを使用した。
第１の側面による第１の実施形態の実験例１においては、光ファイバー用接着剤２２及び光ファイバー用結合剤２４として、弾性率が２．４ＧＰａで、線膨張係数が１０７ｐｐｍ／℃で、粘度が２５０ｍＰａ・ｓで、ガラス転移温度Ｔｇが１２９℃であり、化学式が

で、Ｒｆが

で表されるフッ素化エポキシ化合物を主成分とする紫外線硬化型エポキシ系樹脂(例えば、ダイキン製「ＵＶ２１００」)を使用した（「オプトエレクトロニクス材料の開発と応用技術」（２００１年２月９日株式会社技術情報協会発行）９０頁の表１に記載されたフッ素化エポキシ化合物参照）。周囲環境の温度が６５℃変化したときの光ファイバー２と光導波路４との間の相対移動量は０．８μｍであり、光導波路４への光の結合損失変動は０．８ｄＢであった。

第１の側面による第２の実施形態の実験例２Ａにおいては、光ファイバー用接着剤２２及び光ファイバー用結合剤２４として、実験例１と同様、弾性率が２．４ＧＰａで、線膨張係数が１０７ｐｐｍ／℃で、粘度が２５０ｍＰａ・ｓで、ガラス転移温度Ｔｇが１２９℃であり、上記（式１）でＲｆが上記（式２）で表されるフッ素化エポキシ化合物を主成分とする紫外線硬化型エポキシ系樹脂(例えば、ダイキン製「ＵＶ２１００」)を使用した。周囲環境の温度が６５℃変化したときの光ファイバー２と光導波路４との間の相対移動量は０．４μｍであり、光導波路４への光の結合損失変動は０．４ｄＢであった。
第１の側面による第２の実施形態の実験例２Ｂにおいては、光ファイバー用接着剤２２及び光ファイバー用結合剤２４として、弾性率が０．０５ＧＰａで、線膨張係数が２００ｐｐｍ／℃で、粘度が１８０ｍＰａ・ｓで、ガラス転移温度Ｔｇが１１１℃であり、化学式が

で表されるフッ素化エポキシアクリレート化合物を主成分とする紫外線硬化型アクリル系樹脂（例えば、ＮＴＴ−ＡＴ製「ＡＴ８２２４」））使用した（「オプトエレクトロニクス材料の開発と応用技術」（２００１年２月９日株式会社技術情報協会発行）９１頁の表２に記載されたフッ素化エポキシアクリレート化合物参照）。周囲環境の温度が６５℃変化したときの光ファイバー２と光導波路４との間の相対移動量は０．２μｍであり、光導波路４への光の結合損失変動は０．２ｄＢであった。

第１の側面による第３の実施形態の実験例３においては、光ファイバー用接着剤２２及び光ファイバー用結合剤２４として、実験例１及び２Ａと同様、弾性率が２．４ＧＰａで、線膨張係数が１０７ｐｐｍ／℃で、粘度が２５０ｍＰａ・ｓで、ガラス転移温度Ｔｇが１２９℃であり、上記（式１）でＲｆが上記（式２）で表されるフッ素化エポキシ化合物を主成分とする紫外線硬化型エポキシ系樹脂（例えば、ダイキン製「ＵＶ２１００」）を使用し、封止材４２として、弾性率が１５．３ＧＰａで、線膨張係数が１３．４ｐｐｍ／℃で、ガラス転移温度Ｔｇが２１０℃である無溶剤型液状封止材（例えば、日立化成工業製「ＣＥＬ−Ｃ−１９００」）を使用した。周囲環境の温度が６５℃変化したときの光ファイバー２と光導波路４との間の相対移動量は０．２５μｍであり、光導波路４への光の結合損失変動は０．２ｄＢであった。

第１の側面による第４の実施形態の実験例４においては、光ファイバー用接着剤２２として、弾性率が２．５ＧＰａで、線膨張係数が６２ｐｐｍ／℃で、粘度が３０，０００ｍＰａ・ｓで、ガラス転移温度Ｔｇが１５８℃である紫外線硬化型エポキシ系樹脂（例えば、協立化学製「ＷＲ８７７４」）を使用し、光ファイバー用結合剤５２として、弾性率が５ｘ１０^-6ＧＰａで、線膨張係数が３００ｐｐｍ／℃で、粘度が２，８００ｍＰａ・ｓで、ガラス転移温度Ｔｇが−１２３℃であるカチオン硬化型シリコーン樹脂（例えば、協立化学製「ＷＲ８９６２Ｈ」）を使用した（特開２００４−１９６９７７号公報に記載のカチオン硬化型シリコーン樹脂参照）。周囲環境の温度が６５℃変化したときの光ファイバー２と光導波路４との間の相対移動量は０．１μｍであり、光導波路４への光の結合損失変動は０．２ｄＢであった。
また、上述した第１の側面による第４の実施形態の実験例４において、光ファイバー用接着剤２２として、上述した紫外線硬化型エポキシ系樹脂の代わりに、弾性率２．５ＧＰａで、線膨張係数が８８ｐｐｍ／℃で、粘度が７０００ｍＰａ・ｓで、ガラス転移温度が１４５℃である紫外線硬化型エポキシ系樹脂（例えば、協立化学製「ＷＲ８７７５」）を使用した場合、周囲環境の温度が６５℃変化したときの光ファイバー２と光導波路４との間の相対移動量は０．１μｍであり、光導波路４への光の結合損失変動は０．２ｄＢであった。

なお、実験例では使用していないが、上述したＥＭＩ製紫外線熱硬化型エポキシ系樹脂「３５５３ＨＭ」は、弾性率が１．０ＧＰａで、線膨張係数が５５ｐｐｍ／℃で、粘度が１０００ｍＰａ・ｓで、ガラス転移温度Ｔｇが１２０℃である。

上述した接着剤及び封止材の弾性率、線膨張係数及びガラス転移温度Ｔｇの測定方法は以下のとおりである。
弾性率の測定は、ＪＩＳ−Ｋ７１２７「プラスチックフィルム及びシートの引張試験方法」に従って測定した。
線膨張係数の測定は、ＴＭＡ（熱機械分析）法を用いて測定した。測定条件は、５℃／分の引張りモードである。温度を２０℃から１００℃まで変化させ、２５℃のときの測定値を記載した。
ガラス転移温度の測定は、ＤＭＡ（動的粘弾性率測定）法を用いて測定した。具体的には、レオメトリック・サイエンティフィック製の動的粘弾性率測定装置（溶融粘弾性測定用型式ＡＲＥＳ）を使用し、試料を引張モードで振動させながら、温度を２０℃から３００℃まで昇温速度３℃／分で変化させ、装置によって演算されたガラス転移温度を採用した。
粘度の測定は、JIS−Z8803「粘度測定方法」の円すい−平板形回転粘度計による粘度測定方法に従って測定した。具体的には東京計器製のＥ形粘度計（型式VPU-3B）を使用し、２５℃の環境条件で測定値を記載した。

以下、図面を参照して、本発明の第２の側面による光ファイバー構造体の３つの実施形態を詳細に説明する。
先ず、図９〜図１３を参照して、本発明の第２の側面による光ファイバー構造体の第１の実施形態を説明する。図９は、本発明の第２の側面による第１の実施形態である、Ｖ字形断面の溝と光導波路とが一体に形成された光素子結合構造体を部分的に断面にした正面図である。また、図１０〜図１３はそれぞれ、図１の線Ｘ−Ｘ、線ＸＩ−ＸＩ、線ＸＩＩ−ＸＩＩ及び線ＸＩＩＩ−ＸＩＩＩにおける断面図である。

図９〜図１３に示すように、本発明の第２の側面による第１の実施形態である光素子結合構造体１０１は、端面１０２ａを有し且つ長手方向に延びる上流側光ファイバー１０２と、この上流側光ファイバー１０２の端面１０２ａと対向する向きに配置された端面１０４ａを有し且つ長手方向に延びる下流側光ファイバー１０４と、上流側光ファイバー１０２から下流側光ファイバー１０４に光が伝達されるようにそれらの間に設けられた光導波路１０６とを有している。光素子結合構造体１０１は、更に、上流側光ファイバー１０２及び下流側光ファイバー１０４を受入れて位置決めするためのＶ字形断面の溝１０８が設けられた基板１１０と、上流側光ファイバー１０２をその上から覆い且つ上流側光ファイバー１０２を基板１１０に向かって押え付ける上流側押えブロック１１２と、下流側光ファイバー１０４をその上から覆い且つ下流側光ファイバー１０４を基板１１０に向かって押え付ける下流側押えブロック１１４と、基板１１０、光ファイバー１０２、１０４及び押えブロック１１２、１１４を互いに固定するためにそれらの間の空間に充填された接着剤１１６とを有している。

上流側光ファイバー１０２及び下流側光ファイバー１０４はそれぞれ、光ファイバーコア１０２ｂ、１０４ｂと、その周りに配置された光ファイバークラッド１０２ｃ、１０４ｃとを有している。光導波路１０６は、上流側光ファイバー１０２及び下流側光ファイバー１０４の光ファイバーコア１０２ｂ、１０４ｂと整列する光導波路コア１０６ａと、その周りに形成された光導波路クラッド１０６ｂとを有している。上流側光ファイバー１０２は、長手方向に対して横方向に互いに平行に設けられた複数の光ファイバーから構成されている。本実施形態では、上流側光ファイバー１０２が２本設けられ、下流側光ファイバー１０４が１本設けられ、光素子結合構造体１０１は光結合器を構成している。従って、光導波路コア１０６ａの上流端部１０６ｃは、２本の上流側光ファイバー１０２と整列するように２本設けられ、この２本の光導波路コア１０６ａは、その下流端部１０６ｄに向かうにつれて近づいて１本に結合され、下流端部１０６ｄにおいて、１本の下流側光ファイバー１０４と整列している。光ファイバー１０２、１０４の径は、例えば、１２５μｍである。また、光ファイバーコア１０２ａ、１０４ａは、例えば、石英で形成されている。光導波路コア１０６ａは、例えば、高分子材料又は石英で形成されている。

基板１１０は、上流側光ファイバー１０２、光導波路１０６、下流側光ファイバー１０４に共通の基板である。基板１１０は、上流側光ファイバー１０２が固定されている上流部１１０ａと、光導波路１０６が一体に形成されている中間部１１０ｂと、下流側光ファイバー１０４が固定されている下流部１１０ｃとを有している。上流部１１０ａと中間部１１０ｂとの間及び中間部１１０ｂと下流部１１０ｃとの間にはそれぞれ、上方向及び横方向に開口した上流側凹部１１８及び下流側凹部１２０が形成されている。上流側凹部１１８は、上流部１１０ａの下流側端面１１８ａと中間部１１０ｂ及び光導波路１０６の上流側端面１１８ｂとによって構成されている。これら下流側端面１１８ａ及び上流側端面１１８ｂは、互いに平行であり、下方に向かうにつれて上流側に傾斜している。また、下流側凹部１２０は、中間部１１０ｂ及び光導波路１０６の下流側端面１２０ａと下流部１１０ｃの上流側端面１２０ｂとによって構成されている。これら下流側端面１２０ａ及び上流側端面１２０ｂは、互いに平行であり、下方に向かうにつれて下流側に傾斜している。上流側凹部１１８及び下流側凹部１２０の長手方向の幅は、約１００〜２００μｍであり、上下方向に対する傾斜角度は、約４〜８度である。
上流部１１０ａには、上流側光ファイバー１０２が上流側凹部１１８に突出するように配置され、下流部１１０ｂには、下流側光ファイバー１０４が下流側凹部１２０に突出するように配置されている。上流側光ファイバー１０２の端面１０２ａ及び下流側光ファイバー１０４の端面１０４ａは、光導波路１０６にできるだけ近接していることが好ましいが、実際には、光ファイバー１０２、１０４の自動組立てを容易にするために、光ファイバー１０２、１０４の端面１０２ａ、１０４ａと光導波路１０６との間には、約１０〜２０μｍの隙間が設けられている。

基板１１０の上流部１１０ａは、複数の上流側光ファイバー１０２に対応するＶ字形断面の溝１０８が設けられた平らな上面１２２を有している。本実施形態では、上面１２２に、２本の上流側光ファイバー１０２を受入れて位置決めするために長手方向に延び且つ互いに横方向に平行に配置された２つのＶ字形断面の溝１０８が設けられている。Ｖ字形断面の溝１０８は各々、２つの溝面１２４によって構成されている。２つの溝面１２４は、既知の外径の上流側光ファイバー１０２が２つの溝面１２４に当接して配置されたときに上流側光ファイバー１０２と光導波路１０６とがサブミクロンの精度で位置合わせされるように形成されている。上流側光ファイバー１０２が溝１０８に配置されているとき、上流側光ファイバー１０２と溝面１２４とが最も接近する２つの箇所１２６と、上流側光ファイバー１０２と溝面１２４とによって包囲される空間１２８とが形成されている。

上流側押えブロック１１２は、上流側光ファイバー１０２の端面１０２ａ側から長手方向に順に隣接して設けられた接触部分１３０ａ、中間部分１３２ａ及び接触部分１３０ｂを有している。本実施形態では、接触部分１３０ａ、１３０ｂは、上流側押えブロック１１２の長手方向両端部に設けられ、その間に中間部分１３２ａが１つ設けられている。接触部分１３０ａ、１３０ｂは、上流側光ファイバー１０２を上流側押え部材１１２によって基板１１０に向かって押え付けたとき、上流側光ファイバー１０２に接触して上流側光ファイバー１０２を基板１１０に向かって押え付ける部分である。中間部分１３２ａは、上流側光ファイバー１０２を上流側押え部材１１２によって基板１１０に向かって押え付けたとき、接着剤１１６を介して上流側光ファイバー１０２と間隔をおいている部分である。
図１０に示すように、接触部分１３０ａは、長手方向に上流側光ファイバー１０２と接触して上流側光ファイバー１０２を基板１１０に向かって押し付けるための接触面１３４と、上流側光ファイバー１０２を中心に接触面１３４の両側に設けられ且つ基板１１０の上面１２２と対向する対向面１３６とを有している。本実施形態では、接触面１３４は、対向面１３６に対する凹み部を構成し、上流側光ファイバー１０２を囲むように湾曲している。凹み部の両側に位置する対向面１３６と基板１１０の上面１２２との間には、隙間が設けられている。対向面１３６と基板１１０の上面１２２との間の距離は、好ましくは、２０μｍ〜４０μｍであり、更に好ましくは、２０μｍ〜３０μｍである。
接触部分１３０ｂは、接触部分１３０ａと同様の構造を有しているので、その説明を省略する。

中間部分１３２ａは、基板１１０の上面１２２と対向し且つ上流側光ファイバー１０２を横断する平らな下面１３８を有している。本実施形態では、下面１３８は、基板１１０の上面１２２とほぼ平行な平面である。従って、中間部分１３２ａの下面１３８と基板１１０の上面１２２との間の距離は、接触部分１３０ａ、１３０ｂの対向面１３６と基板１１０の上面１２２との間の距離よりも大きくなっている。
接触部分１３０ａ、１３０ｂの長手方向長さは、好ましくは、上流側光ファイバー１０２の直径の０．５〜５倍、更に好ましくは、２〜３倍であることが好ましい。また、中間部分１３２ａの長手方向長さは、好ましくは、上流側光ファイバー１０２の直径の１〜８倍、更に好ましくは、５〜７倍であることが好ましい。従って、上流側光ファイバー１０２の直径が１２５μｍである場合、接触部分１３０ａ、１３０ｂの長手方向長さは、好ましくは、６０〜６２５μｍ、更に好ましくは、２５０〜３７５μｍである。また、中間部分１３２ａの長手方向長さは、好ましくは、１２５〜１０００μｍ、更に好ましくは、６２５〜８７５μｍである。

図９、図１２及び図１３に示すように、基板１１０の下流部１１０ｃ及び下流側押えブロック１１４はそれぞれ、上流側光ファイバー１０２の本数から下流側光ファイバー１０４の本数に対応させた構造の変更以外、光導波路１０６を中心に基板１１０の上流部１１０ａ及び上流側押えブロック１１２と対称に構成されている。従って、基板１１０の上流部１１０ａ及び上流側押えブロック１１２と共通する基板１１０の下流部１１０ｃ及び下流側押えブロック１１４の構成要素に同じ参照符号を付し、それらの説明を省略する。また、下流側押えブロック１１４の接触部分１３０ａ及び中間部分１３２ａにおける光素子結合構造体１０１の断面はそれぞれ、図１２及び図１３である。

接着剤１１６の粘度は任意であるが、温度変化による光素子結合構造体１０１の結合損失の変動を小さくするために、好ましくは、１０，０００〜５０，０００ｍＰａ・ｓであり、さらに好ましくは、２０，０００〜４０，０００ｍＰａ・ｓである。接着剤１１６の弾性率及び線膨張係数も任意であるが、好ましくは、弾性率は０．０１〜３．０ＧＰａであり、線膨張係数は２０〜１００ｐｐｍ／℃である。接着剤１１６は、例えば、協立化学製紫外線硬化型エポキシ系樹脂「ＷＲ８７７４」（粘度３０，０００ｍＰａ・ｓ、弾性率が２．５ＧＰａ、線膨張係数６２ｐｐｍ／℃）である。
また、上流側凹部１１８及び下流側凹部１２０には、接着剤１１６と異なる種類の結合剤１４４が充填されている。結合剤１４４は、光ファイバーから光導波路へ伝送される光が通過するため、光に対して透明であることが必要である。また、結合剤１４４の屈折率は、光ファイバーコア１０２ｂ、１０４ｂの屈折率とほぼ同じ屈折率を有することが好ましい。結合剤１４４は、接着剤であってもよいし、ゲル状の組成物であってもよいし、充填剤であってもよい。結合剤１４４は、例えば、協立化学製カチオン硬化型シリコーン樹脂「ＷＲ８９６２Ｈ」である。

次に、本発明の第２の側面による第１の実施形態である光素子結合構造体１０１の製造方法の一例を説明する。シリコン、高分子材料等で作られた基板１１０を準備し、Ｖ字形断面の溝１０８を、フォトリソグラフィにより作成したレジストパターンに従って異方性エッチングを施すことによって形成する。次いで、Ｖ字形断面の溝１０８を形成した基板１１０に光導波路１０６を形成する。詳細に説明すると、光導波路１０６を高分子材料で形成する場合には、スピン塗布や鋳型などによりクラッド層１０６ｂ及びその上のコア層を形成した後、フォトリソグラフィ、反応性イオンエッチングなどのプロセス加工や、型押し等の機械加工を施してコア層から矩形断面の光導波路コア１０６ａを形成し、更に、上記と同様の方法により光導波路コア１０６ａを覆うようにクラッド層１０６ｂを形成して、光導波路１０６を形成する。また、光導波路１０６を石英で形成する場合には、火炎堆積法やＣＶＤ法などにより基板１１０の上に石英層を形成し、ドライエッチングなどのプロセス加工により矩形の石英コア１０６ａにした後、コア１０６ａを覆うようにクラッド層１０６ｂを形成して、光導波路１０６を形成する。Ｖ字形断面の溝１０８の形成工程及び光導波路１０６の形成工程は、光ファイバー１０２、１０４を溝１０８の溝面１２４に載せたときに光ファイバー１０２、１０４と光導波路１０６とがサブミクロンの精度で位置合わせされるような溝面１２４と光導波路１０６との位置関係が得られるように行われる。次いで、ダイシング加工等により、上流側凹部１１８及び下流側凹部１２０を形成する。

次いで、基板１１０の溝１０８及び上面１２２に適量の接着剤１１６を塗布する。光ファイバー１０２、１０４の端面１０２ａ、１０４ａがそれぞれ上流側凹部１１８及び下流側凹部１２０に突出するように、光ファイバー１０２、１０４を溝１２４面に配置する。必要であれば、適量の接着剤１１６を光ファイバー１０２、１０４の上に追加塗布する。押え部材１１２、１１４を光ファイバー１０２、１０４の上から所定の圧力で所定時間押すことにより、光ファイバー１０２、１０４を溝面１２４に近づける。このとき、押え部材１１２、１１４と基板１１０との間に気泡が入らないように注意する。
詳細には、接触部分１３０ａ、１３０ｂの断面における光ファイバー１０２、１０４と溝１０８との間の空間１２８内にある接着剤１１６は、接触部分１３０ａ、１３０ｂの断面における光ファイバー１０２、１０４と溝面１２４との間の隙間１２６から流出しないで（図１０及び図１２参照）、中間部分１３２ａの断面における光ファイバー１０２、１０４と溝１０８との間の空間１２８内に移動する（図１１及び図１３参照）。次いで、中間部分１３２ａの断面における光ファイバー１０２、１０４と溝面１２４との間の隙間１２６から流出し、押えブロック１１２、１１４の下面１３８と基板１１０の上面１２２との間の空間に移動する（図１１及び図１３参照）。また、上流側押えブロック１１２の接触部分１３０ａ、１３０ｂの断面において、２本の光ファイバー１０２の間の空間内にある接着剤１１６（図１０参照）は、中間部分１３２ａの断面における２本の光ファイバー１０２の間の空間内に移動する（図１１参照）。次いで、接着剤１１６は、光ファイバー１０２の上を越えて移動する。それにより、接着部分１３０ａ、１３０ｂにおいて、光ファイバー１０２、１０４がＶ字形断面の溝１０８の溝面に１２４にしっかりと押し付けられる。
その後、接着剤１１６を、例えば紫外線照射により硬化させ、基板１１０、光ファイバー１０２、１０４及び押え部材１１２、１１４を互いに固定する。次に、結合剤１４４を上流側凹部１１８及び下流側凹部１２０に塗布し、例えば紫外線照射により硬化させる。

次に、図１４を参照して本発明の第２の側面による光ファイバー構造体の第２の実施形態を説明する。図１４は、本発明の第２の側面による第２の実施形態である、Ｖ字形断面の溝と光導波路とが一体に形成された光素子結合構造体を部分的に断面にした正面図である。
本発明の第２の側面による第２の実施形態である光素子結合構造体１５０は、上述した第２の側面による第１の実施形態である光素子結合構造体１０１の上流側押えブロック１１２及び下流側押えブロック１１４の代わりにそれぞれ上流側押えブロック１５２及び下流側押えブロック１５４が設けられていること以外、光素子結合構造体１０１と同様の構造を有している。従って、以下、第２の側面による第１の実施形態と共通する構成要素に同様の番号を付してその説明を省略し、異なる部分のみを説明する。
光素子結合構造体１５０は、上流側光ファイバー１０２をその上から覆い且つ上流側光ファイバー１０２を基板１１０に向かって押え付ける上流側押えブロック１５２と、下流側光ファイバー１０４をその上から覆い且つ下流側光ファイバー１０４を基板１１０に向かって押え付ける下流側押えブロック１５４とを有している。

上流側押えブロック１５２は、上流側光ファイバー１０２の端面１０２ａ側から長手方向に隣接して且つ互い違いに設けられた５つの接触部分１５６ａ〜１５６ｅ及び４つの中間部分１５８ａ〜１５８ｄを有している。本実施形態では、接触部分１５６ａ及び１５６ｅは、上流側押えブロック１５２の長手方向両端部に設けられている。接触部分１５６ａ〜１５６ｅは、上流側光ファイバー１０２を上流側押え部材１５２によって基板１１０に向かって押え付けたとき、上流側光ファイバー１０２に接触して上流側光ファイバー１０２を基板１１０に向かって押え付ける部分である。中間部分１５８ａは、上流側光ファイバー１０２を上流側押え部材１１２によって基板１１０に向かって押え付けたとき、接着剤１１６を介して上流側光ファイバー１０２と間隔をおいている部分である。
接触部分１５６ａ〜１５６ｅの各々は、第２の側面による第１の実施形態である光素子結合構造体１０１の接触部分１３０ａと同様の構成要素を有している（図１０参照）。また、中間部分１５８ａ〜１５８ｄの各々は、第２の側面による第１の実施形態である光素子結合構造体１の中間部分１３２ａと同様の構成要素を有している（図１１参照）。従って、第２の側面による第１の実施形態と同様の構成要素については、同じ参照符号を付し、接触部分１５６ａ〜１５６ｅ及び中間部分１５８ａ〜１５８ｄの構成要素の説明を省略する。

また、下流側押えブロック１５４は、上流側光ファイバー１０２の本数から下流側光ファイバー１０４の本数に対応させた構造以外、光導波路１０６を中心に下流側押えブロック１５２と対称に構成されている。従って、上流側押えブロック１５２と共通する下流側押えブロック１５４の構成要素に同じ参照符号を付し、それらの説明を省略する。また、下流側押えブロック１５４の接触部分１５６ａ〜１５６ｅ及び中間部分１５８ａ〜１５８ｄにおける光素子結合構造体１５０の断面はそれぞれ、第２の側面による第１の実施形態である光素子結合構造体１０１の下流側押えブロック１１４の接触部分１３０ａ及び中間部分１３２ａにおける断面（それぞれ図１２及び図１３参照）と同じである。

本発明の第２の側面による第２の実施形態である光素子結合構造体１５０の製造方法の一例は、第２の側面による第１の実施形態である光素子結合構造体１０１の上流側押えブロック１１２及び下流側押えブロック１１４の代わりにそれぞれ上流側押えブロック１５２及び下流側押えブロック１５４を用いていること以外、第２の側面による第１の実施形態である光素子結合構造体１０１の製造方法と同様であるので、その説明を省略する。

次に、図１５〜図１９を参照して本発明の第２の側面による光ファイバー構造体の第３の実施形態を説明する。図１５は、本発明の第２の側面による第３の実施形態である、Ｖ字形断面の溝と光導波路とが一体に形成された光素子結合構造体を部分的に断面にした正面図である。また、図１６〜図１９はそれぞれ、図７の線ＸＶＩ−ＸＶＩ、線ＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ、線ＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩ及び線ＸＩＸ−ＸＩＸにおける断面図である。
本発明の第２の側面による第３実施形態である光素子結合構造体１７０は、上述した第２の側面による第１の実施形態である光素子結合構造体１０１の基板１１０の上流部１１０ａ及び下流部１１０ｃそれぞれの代わりに上流部１１０ｄ及び下流部１１０ｅが設けられ、押えブロック１１２、１１４それぞれの代わりに押えブロック１７２、１７４が設けられていること以外、光素子結合構造体１０１と同様の構造を有している。従って、以下、第２の側面による第１の実施形態と異なる構成要素だけを説明し、第２の側面による第１の実施形態と共通する構成要素には第２の側面による第１の実施形態と同じ参照符号を付し、それらの説明を省略する。

図１６及び図１７に示すように、上流側押えブロック１７２は、第２の側面による第１の実施形態である光素子結合構造体１０１の上流側押えブロック１１２の接触部分１３０ａと同様の構造を有している。従って、接触部分１３０ａと同様の上流側押えブロック１７２の構成要素には同じ参照符号を付し、その説明を省略する。

基板１１０の上流部１１０ｄは、上流側光ファイバー１０２の端面１０２ａ側から長手方向に順に隣接して設けられた溝付き部分１７８ａ、中間部分１８０ａ及び溝付き部分１７８ｂを有している。本実施形態では、溝付き部分１７８ａ及び１７８ｂは、上流部１１０ｄの長手方向両端部に設けられ、中間部分１８０ａは、それらの間に設けられている。
図１６に示すように、溝付き部分１７８ａは、第２の側面による第１の実施形態である光素子結合構造体１０１の上流部１１０ｄと同様の構造を有している。また、溝付き部分１７８ｂは、溝付き部分１７８ａと同様の構造を有している。従って、光素子結合構造体１０１と同様の構成要素には同じ参照符号を付し、その説明を省略する。
図１７に示すように、中間部分１８０ａは、上流側光ファイバー１０２を上流側押えブロック１７２によって基板１１０に向かって押え付けたとき、接着剤１１６を介して上流側光ファイバー１０２と間隔をおいている。また、中間部分１８０ａは、上流側押えブロック１７２と対向し且つ上流側光ファイバー１０２ａを横断する平らな上面１８２を有している。本実施形態では、上面１８２は、溝付き部分１７８ａの上面１２２とほぼ平行な平面である。上面１８２には、溝付き部分１７８ａ、１７８ｂの溝１０８の一部分が連続して設けられるが、それらが設けられていなくても良い。中間部分１８０ａの上面１８２と上流側押えブロック１７２の対向面１３６との間の距離は、溝付き部分１７８ａ、１７８ｂの上面１２２と上流側押えブロック１７２の対向面１３６との間の距離よりも大きくなっている。
溝付き部分１７８ａ、１７８ｂの長手方向長さは、上流側光ファイバー１０２の直径の２〜３倍であることが好ましい。また、中間部分１８０ａの長手方向長さは、上流側光ファイバー１０２の直径の５倍よりも大きいことが好ましい。従って、上流側光ファイバー１０２の直径が１２５μｍである場合、溝付き部分１７８ａ、１７８ｂの長手方向長さは、約２５０〜３７５μｍであることが好ましく、中間部分１８０ａの長手方向長さは、６２５μｍよりも大きいことが好ましい。

図１５、図１８及び図１９に示すように、基板１１０の下流部１１０ｅ及び下流側押えブロック１７４はそれぞれ、上流側光ファイバー１０２の本数に対応する構造から下流側光ファイバー１０４の本数に対応させた構造以外、光導波路１０６を中心に基板１１０の上流部１１０ｄ及び上流側押えブロック１７２と対称に構成されている。従って、基板１１０の上流部１１０ｄ及び上流側押えブロック１７２と共通する基板１１０の下流部１１０ｅ及び下流側押えブロック１７４の構成要素に同じ参照符号を付し、それらの説明を省略する。また、下流側押えブロック１７４の第１の溝付き部分１７８ａ及び中間部分１８０ａにおける光素子結合構造体１０１の断面はそれぞれ、図１８及び図１９である。

本発明の第２の側面による第３の実施形態である光素子結合構造体１７０の製造方法の一例は、第２の側面による第１の実施形態である光素子結合構造体１０１の上流側押えブロック１１２及び下流側押えブロック１１４の代わりにそれぞれ上流側押えブロック１７２及び下流側押えブロック１７４を用いていること、Ｖ字形断面の溝１０８を形成した後、ダイシング加工等により、基板１１０の上面１８２を形成する工程を追加すること以外、第２の側面による第１の実施形態である光素子結合構造体１０１の製造方法と同様であるので、その説明を省略する。

次に、上述した本発明の第２の側面による第１の実施形態である光素子結合構造体１０１及び第２の側面による第２の実施形態である光素子結合構造体１５０の実施例と、従来技術の光素子結合構造体２００の比較例について説明する。これら３つの光素子結合構造体は、光ファイバー１０２，１０４，２０２、２０４の直径が１２５μｍ、押えブロック１１２、１１４、１５２、１５４、２１２、２１４の対向面１３６と基板１１０、２１０の上面１２２との間の距離が３０μｍ、押えブロック１１２、１１４、１５２、１５４、２１２、２１４の長手方向長さが１３５０μｍであった。接着剤１１６は、協立化学製紫外線硬化型エポキシ系樹脂「ＷＲ８７７４」（粘度３０，０００ｍＰａ・ｓ、弾性率が２．５ＧＰａ、線膨張係数６２ｐｐｍ／℃）を採用した。
光素子結合構造体１０１では、第１の接触部分１３０ａの長手方向長さが３００μｍ（光ファイバーの直径の２．４倍）であり、中間部分１３２ａの長手方向長さが７５０μｍ（光ファイバーの直径の６倍）であった。
光素子結合構造体１５０では、第１の接触部分１３０ａの長手方向長さが１１０μｍ（光ファイバーの直径の０．８９倍）であり、中間部分１３２ａの長手方向長さが２００μｍ（光ファイバーの直径の１．６倍）であった。
光素子結合構造体２００では、全長１３５０μｍが第１の接触部分に相当し、中間部分は存在しない。

押えブロックを１１２、１１４、１５２、１５４、２１２、２１４を光ファイバー１０２，１０４，２０２、２０４の上から適当な圧力で適当な時間押した結果、＋２５℃における結合損失は、光素子結合構造体１０１が０〜０．０４ｄＢ、光素子結合構造体１５０が０．１３〜０．４７ｄＢであり、光素子結合構造体２００が０．７７〜１．０５ｄＢであった（図２８参照）。このように、本発明による光素子結合構造体では、比較的高い粘度の接着剤を使用したときの結合損失を、従来技術の光素子結合構造体よりも改善することができた。
また、図２９に示したように、協立化学製紫外線硬化型エポキシ系樹脂「ＷＲ８７７４」（粘度３０，０００ｍＰａ・ｓ）を使用した場合、温度が−４０℃〜＋８５℃にわたって変化したときの結合損失の変動は、０．２６ｄＢである。従って、温度が−４０℃〜＋８５℃にわたって変化したときの結合損失は、＋２５℃における結合損失を中心に変動するので、光素子結合構造体１０１が０．１３〜０．１７ｄＢ、光素子結合構造体１５０が０．２６〜０．６０ｄＢ、光素子結合構造体２００が０．９０〜１．１８になる。このように、本発明による光素子結合構造体では、温度が−４０℃〜＋８５℃にわたって変化したときの結合損失を０．６ｄＢ以下、又は、０．４ｄＢ以下にすることができる。

図２０は、押えブロック１１２の接触部分１３０ａにおいて長手方向に対する横方向に切断した本発明による光素子結合構造体１０１の実施例の断面を金属顕微鏡で見たときの概略図である。また、図２１は、押えブロック２１２において長手方向に対する横方向に切断した従来技術の光素子結合構造体２００の比較例の断面を金属顕微鏡で見たときの概略図である。
図２０及び図２１から分かるように、本発明による光素子結合構造体１０１では、光ファイバー１０２と溝１０８との間の隙間がほぼ０μｍであり、光ファイバー１０２と溝１０８とが実質的に接触し、それらの間の隙間に接着剤１１６が存在していなかった。これに対し、従来技術の光素子結合構造体２００では、光ファイバー２０２と溝２０８との間の０．５〜１．０μｍの隙間に接着剤２１６が残留していた。なお、押えブロック１１２の中間部分１３２ａにおいて長手方向に対する横方向に切断した本発明による光素子結合構造体１０１の実施例の断面を金属顕微鏡で見たとき、光ファイバー１０２と溝１０８との間の０．５〜１．０μｍの隙間に接着剤が残留していた。

図２２は、本発明の第２の側面による第１の実施形態である光素子結合構造体１０１の上述した実施例における、＋２５℃での接着剤１４４の厚み、即ち、対向面１３６と基板１１０の上面１２２との間の距離と結合損失との関係を示す図である。図２２から分かるように、接着剤厚みが２０〜４０μｍのとき、結合損失を０．５ｄＢ以下にすることができた。また、接着剤厚みがそれよりも小さいとき、光ファイバー１０２、１０４にかかる応力が増大し、それに応じて結合損失も増大した。また、接着剤厚みがそれよりも大きいとき、光ファイバー１０２、１０４の接着力が低下し、それに応じて結合損失も増大した。また、接着剤厚みが３０μｍの場合、結合損失を０．２ｄＢ以下にすることができた。
図２３は、図２２と同じ実施例において、温度を−４０℃〜＋８５℃にわたって変化させたときの接着剤厚みと結合損失変動との関係を示す図である。図２３から分かるように、接着剤厚みが１０〜３０μｍのとき、結合損失変動を０．３ｄＢ以下にすることができた。接着剤厚みがそれよりも大きいとき、光ファイバーの接着力が低下し、それに応じて結合損失変動も増大した。

図２４は、図２２と同じ実施例においてプレッシャクッカーテスト（試験条件：１２１℃、１００％ＲＨ，２ａｔｍ、１００時間保持）を行ったときの、接着剤厚みと結合損失変動との関係を示す図である。図２４から分かるように、接着剤厚みが３０μｍよりも大きいとき、光ファイバーの接着力が低下し、それに応じて結合損失変動も増大した。なお、図２４はプレッシャクッカーテスト後に結合損失が増大した場合を正として図の縦軸を規定している。
図２５は、図２２と同じ実施例において接着剤厚みを２０μｍとして、８５℃／８５％ＲＨの高温高湿試験を行ったときの結合損失変動を示す図である。図２４から分かるように、結合損失変動は、５０００時間にわたって±０．２ｄＢの範囲内に入った。なお、図２５は高温高湿試験後に結合損失が増大した場合を負として縦軸を規定している。

以上、本発明の第２の側面による光ファイバー構造体の実施形態を説明したけれども、本発明は、上述した第２の側面による実施形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内での種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されることは言うまでもない。
上述した本発明の第２の側面による実施形態では、本発明による光ファイバー構造体を、Ｖ字形断面の溝と光導波路とが一体に形成された光素子結合構造体１０１、１５０，１７０として説明したけれども、光ファイバー構造体は、光ファイバーアレイであっても良いし、光ファイバーアレイと光導波路とが接着剤で連結された光素子結合構造体等であっても良い。
また、上述の本発明の第２の側面による実施形態では、光素子結合構造体１０１、１５０，１７０を、２本の上流側光ファイバー１０２及び１本の下流側光ファイバー１０４を有する光結合器として説明したけれども、上流側光ファイバー１０２の本数及び下流側光ファイバー１０４の本数は任意である。例えば、上流側光ファイバー１０２の本数を１本とし、下流側光ファイバー１０４の本数を複数本とし、光導波路１０６をそれに対応した構造にすることにより、光ファイバー構造体を光スプリッタとして形成してもよい。

また、上述した本発明の第２の側面による第１及び第２の実施形態では、押えブロック１１２、１１４、１５２，１５４，１７２，１７４の接触面１３４が湾曲し、その両側に基板１１０の上面１２２と対向する対向面１３６が設けられていたけれども、押えブロック１１２、１１４、１５２，１５４，１７２，１７４が光ファイバー１０２、１０４と接触してそれらを基板１１０に向かって押え付けることができれば、接触面１３４及び対向面１３６の形状は任意である。例えば、接触面１３４及び対向面１３６が１つの平面又は湾曲面を構成していても良いし、接触面１３４と対向面１３６との間が階段状になっていても良い。
また、上述した本発明の第２の側面による第１及び第２の実施形態では、押えブロック１１２、１１４、１５２，１５４の中間部分１３２ａ〜１３２ｄの下面１３８を平面としたけれども、光ファイバー１０２、１０４と間隔をおいていれば、下面１３８の形状は任意である。例えば、光ファイバー１０２、１０４を包囲するように湾曲していても良いし、下面１３８の横方向両端部が隣接した接触部分１３０ａ〜１３０ｅの対向面１３６と連続していても良い。
また、上述した本発明の第２の側面による第３の実施形態では、基板１１０の中間部分１８０ａの上面１８２を平面としたけれども、光ファイバー１０２、１０４と間隔をおいていれば、上面１８２の形状は任意である。例えば、光ファイバー１０２、１０４を包囲するように湾曲していても良いし、上面１８２の横方向両端部が隣接した溝付き部分１８０ａ、１８０ｂの上面１２２と連続していても良い。

また、本発明の第２の側面による第１及び第２の実施形態の押えブロック１１２、１１４、１５２，１５４において、接触部分１３０ａ〜１３０ｅの個数は任意であるが、少なくとも２つの接触部分を設けることが好ましい。少なくとも２つの接触部分を設けることにより、押えブロック１１２、１１４、１５２，１５４が安定的に基板１１０に固定され、温度変化によって接着剤１１６が光ファイバー１０２、１０４に及ぼす応力を軽減することができる。また、接触部分１３０ａ〜１３０ｅが押えブロック１１２、１１４、１５２，１５４の長手方向両端部に設けられる必要はなく、中間部分１３２ａ〜１３２ｄが押えブロック１１２、１１４、１５２，１５４の長手方向端部に設けられても良い。また、接触部分１３０ａ〜１３０ｅの長手方向長さは、所定の結合損失を満たせば、任意である。
また、本発明の第２の側面による第１及び第２の実施形態の光ファイバー１０２、１０４の端面１０２ａ，１０４ａの最も近くに設けられた接触部分１３０ａは、光ファイバー１０２、１０４の端面１０２ａ、１０４ａに近い方が好ましい。しかしながら、上述した第２の側面による実施形態のように、所定の結合損失を満たせば、光ファイバー１０２、１０４の端面１０２ａ、１０４ａから離れた位置に接触部分１３０ａを設けても良い。
また、上述した第２の側面による第１及び第２の実施形態の接触部分１３０ａ〜１３０ｅの変形形態は、第２の側面による第３の実施形態の溝付き部分１８０ａ、１８０ｂについても同様に当てはまる。

本発明の第１の側面による第１の実施形態である光素子結合構造体の、部分的に断面にした正面図である。 図１の線ＩＩ−ＩＩにおける断面図である。 本発明の第１の側面による第２の実施形態である光素子結合構造体の、部分的に断面にした正面図である。 図３の線ＩＶ−ＩＶにおける断面図である。 本発明の第１の側面による第３の実施形態である光素子結合構造体の、部分的に断面にした正面図である。 本発明の第１の側面による第４の実施形態である光素子結合構造体の、部分的に断面にした正面図である。 従来技術の光素子結合構造体の正面図である。 従来技術の光素子結合構造体の正面断面図である。 本発明の第２の側面による第１の実施形態である光素子結合構造体を部分的に断面にした正面図である。 図９の線Ｘ−Ｘにおける断面図である。 図９の線ＸＩ−ＸＩにおける断面図である。 図９の線ＸＩＩ−ＸＩＩにおける断面図である。 図９の線ＸＩＩＩ−ＸＩＩＩにおける断面図である。 本発明の第２の側面による第２の実施形態である光素子結合構造体を部分的に断面にした正面図である。 本発明の第２の側面による第３の実施形態である光素子結合構造体を部分的に断面にした正面図である。 図１５の線ＸＶＩ−ＸＶＩにおける断面図である。 図１５の線ＸＶＩＩ−ＸＶＩＩにおける断面図である。 図１５の線ＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩにおける断面図である。 図１５の線ＸＩＸ−ＸＩＸにおける断面図である。 押えブロックの接触部分において横方向に切断した、本発明の第２の側面による第１の実施形態である光素子結合構造体の実施例の断面を顕微鏡で見たときの概略図である。 押えブロックにおいて横方向に切断した、従来技術の光素子結合構造体の比較例の断面を顕微鏡で見たときの概略図である。 接着剤厚みと結合損失との関係の実験例を示す図である。 接着剤厚みと結合損失変動との関係の実験例を示す図である。 プレッシャクッカーテストを行ったときの接着剤厚みと結合損失変動との関係の実験例を示す図である。 高温高湿試験を行ったときの結合損失変動の実験例を示す図である。 従来技術の光素子結合構造体を部分的に断面にした正面図である。 図２６の線ＸＸＶＩＩ−ＸＸＶＩＩにおける断面図である。 周囲温度＋２５℃における、接着剤の粘度と結合損失の測定値との関係を示す図である。 周囲温度が−４０℃〜＋８５℃にわたって変化したときにおける、接着剤の粘度と結合損失の測定値の変動との関係を示す図である。 接着剤の弾性率と粘度の関係を示す図である。

符号の説明

１ 光素子結合構造体
２、２ａ、２ｂ 光ファイバー
４ 光導波路
６ 基板
８ Ｖ字形断面の溝
１０ 凹部
１４ａ 上面
１８ 先端部
２０ 空間
２２ 光ファイバー用接着剤
２４ 光ファイバー用結合剤
３２ 押え部材
３４ 溝
４２ 封止材

Claims (13)

1. 光ファイバーと光導波路とを結合する光素子結合構造体であって、
   光ファイバーと、
   前記光ファイバーと整列させるべき光導波路が形成された基板と、を有し、
   前記基板は、前記光ファイバーを載せたときに前記光ファイバーと前記光導波路とが整列するように形成され且つ上向きに開放したＶ字形断面の溝と、この溝よりも下方に延び且つ上向きに開放した空間を前記Ｖ字形断面の溝の前記光導波路側に形成する凹部と、を有し、
   前記光ファイバーは、その先端部が前記凹部に突出するように前記Ｖ字形断面の溝に配置され且つそこに光ファイバー用接着剤によって固着され、
   前記光ファイバーの先端部と前記光導波路とが、それらの間及び前記凹部に充填された光ファイバー用結合剤によって結合されていることを特徴とする光素子結合構造体。
2. 前記基板は、更に、前記Ｖ字形断面の溝が形成された上面を有し、
   前記光素子結合構造体は、更に、前記上面と共に前記光ファイバーを挟むように且つ前記上面から間隔を隔てるように配置された押え部材を有し、この押え部材は、前記光ファイバーの上にかぶさるように配置された前記光ファイバーの外径よりも幅広の溝を有し、
   前記光ファイバー用接着剤は、更に、前記幅広の溝と前記光ファイバーとの間及び前記押え部材と前記上面との間に充填されることを特徴とする請求項１に記載の光素子結合構造体。
3. 前記光ファイバー用接着剤と前記光ファイバー用結合剤とは同じ接着剤であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光素子結合構造体。
4. 前記光ファイバー用接着剤と前記光ファイバー用結合剤の弾性率は０．０１〜０．５ＧＰａであり、その線膨張係数は４０〜３００ｐｐｍ／℃であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の光素子結合構造体。
5. 前記光ファイバー用接着剤と前記光ファイバー用結合剤の粘度は１００〜１，０００ｍＰａ・ｓであることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の光素子結合構造体。
6. 前記光素子結合構造体は、更に、前記光ファイバーの先端部及び前記光ファイバー用結合剤を覆うように塗布された封止材を有し、
   前記封止材の弾性率は、前記光ファイバー用接着剤及び前記光ファイバー用結合剤の弾性率よりも大きいことを特徴とする請求項１又は２に記載の光素子結合構造体。
7. 前記光ファイバー用接着剤と前記光ファイバー用結合剤とは同じ接着剤であることを特徴とする請求項６に記載の光素子結合構造体。
8. 前記光ファイバー用接着剤及び前記光ファイバー用結合剤の弾性率は０．０１〜３．０ＧＰａであり、その線膨張係数は４０〜３００ｐｐｍ／℃であり、前記封止材の弾性率は５〜２０ＧＰａであり、その線膨張係数は５〜３０ｐｐｍ／℃であることを特徴とする請求項６又は７に記載の光素子結合構造体。
9. 前記光ファイバー用接着剤及び前記光ファイバー用結合剤の粘度は１００〜８，０００ｍＰａ・ｓであり、前記封止材の粘度は１０，０００〜２００，０００ｍＰａ・ｓであることを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載の光素子結合構造体。
10. 前記光ファイバー用接着剤と前記光ファイバー用結合剤とは異なる組成物であり、前記光ファイバー用結合剤の弾性率は、前記光ファイバー用接着剤の弾性率よりも小さいことを特徴とする請求項１又は２に記載の光素子結合構造体。
11. 前記光ファイバー用結合剤は、更に、前記光ファイバーの先端部を覆って前記光ファイバーと前記光導波路を封止するように塗布されることを特徴とする請求項１０に記載の光素子結合構造体。
12. 前記光ファイバー用結合剤の弾性率は１０^-6〜１０^-3ＧＰａであり、その線膨張係数は１００〜４００ｐｐｍ／℃であり、前記光ファイバー用接着剤の弾性率は、０．０１〜３．０ＧＰａであり、その線膨張係数は２０〜１００ｐｐｍ／℃であることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の光素子結合構造体。
13. 前記光ファイバー用結合剤の粘度は１，０００〜５，０００ｍＰａ・ｓであり、前記光ファイバー用接着剤の粘度は５，０００〜１００，０００ｍＰａ・ｓであることを特徴とする請求項１０〜１２の何れか１項に記載の光素子結合構造体。

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