JP2008281650A - 融着接続方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 容易に接続損失を少なくすることができると共に接続強度を高くすることができ、信頼性を向上させることができる融着接続方法が提供することを目的とする。
【解決手段】 まず、互いに対向する平面導波路２０の一端面２０ａのコア２３と光ファイバ１０の一端面１０ａとの光軸を一致させて接触させる。次に、光ファイバ１０の一端面１０ａと対向する平面導波路２０の上面における一端面２０ａ付近にレーザ光４０を照射して溶融させる。次に、光ファイバ１０を光軸に沿って平面導波路２０に近づける方向に所定の押し込み距離だけ押し込む。次に、光ファイバ１０を光軸に沿って平面導波路２０に遠ざける方向に押し込み距離より短い引き戻し距離だけ引き戻す。
【選択図】 図３

Description

本発明は平面導波路のコア及び光ファイバそれぞれの端面を互いに融着接続する融着接続方法に関するものである。

光ファイバと光導波路のコアとの接続には、一般に使用波長帯での透過率が高いＵＶ硬化樹脂のような接着剤が用いられている。しかし、接続剤による接続は長期信頼性などの点で不利である。それに対して、光ファイバと光導波路のコアそれぞれの端面同士を突き合わせて接続させる融着接続は、融着接続面における光の損失が少なく信頼性が高いという利点がある。

しかしながら、図６に示されるように光ファイバ１０と平面導波路２０との突合せ部にレーザ光を照射して融着接続する場合は、熱容量が小さい光ファイバ１０が先に溶けて先端が丸くなる。そのため、光ファイバ１０端面の全体が融着されず、接続損失が大きくなり、接続強度が低下する。

光ファイバと光導波路との熱容量の差による接続強度の低下を回避するため、特許文献１に記載された光導波路と光ファイバの融着接続方法では平面導波路の照射領域を大きくする方法が採用されている。具体的には、光導波路の端面に光ファイバを突き合わせた状態で該突合せ部にＣＯ_２レーザビームを照射するに際して、光ファイバよりも光導波路側の照射領域を多くする。
特許第２９５８０６０号公報

しかし、特許文献１に記載された光導波路と光ファイバとの融着接続方法では、条件の最適化が困難である。また、光ファイバを光導波路の端面に融着接続した後、光ファイバ及び光導波路の融着接続面付近における光ファイバのコアの曲がりにより、接続損失が多くなり高信頼の融着接続を図ることができない。

本発明は上記事情を鑑みてなされたものであり、容易に接続損失を少なくすることができると共に接続強度を高くすることができ、信頼性を向上させることができる融着接続方法を提供することを目的とする。

上述の課題を解決するため、本発明に係る融着接続方法では、（１）零以上の間隔Lを持って互いに対向するように平面導波路のコアの一端面と光ファイバの一端面を調整し、平面導波路のコアと光ファイバとの光軸を一致させる位置調整工程と、（２）光ファイバの一端面と対向する平面導波路の端面付近にレーザ光を照射するレーザ光照射工程と、（３）平面導波路と光ファイバとを光軸に沿って間隔Ｌより大きい距離Ｌ１だけ互いに近づけ、平面導波路のコアの一端面と光ファイバの一端面とを溶着させる押し込み工程と、（４）平面導波路と光ファイバとを光軸に沿って距離L1と間隔Lとの差より小さい距離Ｌ２だけ互いに遠ざける引き戻し工程と、を備える。

本発明に係る融着接続方法では、光ファイバの一端面と対向する平面導波路の端面付近にレーザ光を照射する。これにより、レーザ光照射による熱容量が少ない光ファイバの先端部の変形を抑制することができる。また、平面導波路のコアの一端面と光ファイバの一端面とを押し込み融着接続させる。これにより、接続強度が向上される。

また、本発明に係る融着接続方法では、零以上の間隔Lを持って互いに対向するように平面導波路のコアの一端面と光ファイバの一端面を調整して平面導波路のコアと光ファイバとの光軸を一致させ、光ファイバの一端面と対向する平面導波路の端面付近にレーザ光を照射し、平面導波路と光ファイバとを光軸に沿って間隔Ｌより大きい距離Ｌ１だけ互いに近づけて融着接続させ、平面導波路と光ファイバとを光軸に沿って距離L1と間隔Lとの差より小さい距離Ｌ２だけ互いに遠ざける。平面導波路と光ファイバとを距離L1と間隔Lとの差より小さい距離Ｌ２だけ互いに遠ざけることにより、押し込みにより平面導波路と光ファイバの融着接続面の付近に生じる光ファイバのコアの曲がりを修正することができる。そのため、本発明に係る融着接続方法によれば、容易に接続損失を少なくすることができると共に接続強度を高くすることができ、信頼性を向上させることができる。

本発明に係る融着接続方法では、間隔Lが、光導波路の上面位置での光軸方向におけるレーザ光のビーム半径Rより大きいことを特徴とする。これにより、レーザ光照射工程において光ファイバが照射レーザ光の影響を多く受けることを確実に防止することができる。

本発明によれば、容易に接続損失を少なくすることができると共に接続強度を高くすることができ、信頼性を向上させることができる融着接続方法が提供される。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
（第1実施形態）
先ず、第１実施形態に係る融着接続方法を好適に適用することができる融着接続装置１について説明する。図１は、融着接続装置１の説明図である。この図１に示す融着接続装置１は、基台１Ａ、移動ステージ１２、モニタ光源３０、集光レンズ３２、検出器３４、光源４０、反射ミラー４２及び集光レンズ４４を備える。この融着接続装置１により、光ファイバ１０と平面導波路２０とか融着接続される。

光ファイバ１０は、平面導波路２０と対向している一端面１０ａと、平面導波路２０と対向していない他端面１０ｂとを有している。光ファイバ１０は、移動ステージ１２上に固定されている。

平面導波路２０は、例えば、石英基板２１、石英基板２１上に設けられたＧｅなどを添加して屈折率を高くしたコア２３、及びコア２３上に設けられたクラッド層２５を含むものである。石英基板２１の厚さは、例えば１ｍｍである。また、コア２３の厚さは、例えば１０μｍ程度である。そして、クラッド層２５の厚さは、例えば２０μｍ程度である。平面導波路２０は、光ファイバ１０と対向している一端面２０ａ及び光ファイバ１０と対向していない他端面２０ｂを有している。

移動ステージ１２は、基台１Ａ上に設けられており、光ファイバ１０を光ファイバ１０の光軸方向に沿って平面導波路２０に近づける方向及び遠ざける方向に移動できるように設けられている。移動ステージ１２は、光ファイバ１０を移動ステージ１２上に固定するための固定部を有していることが好ましい。

モニタ光源３０、集光レンズ３２及び検出部３４は、平面導波路２０のコア２３の光軸と光ファイバ１０との光軸を一致させるための調整を行う際に用いられる。モニタ光源３０は集光レンズ３２を介して光ファイバ１０の他端面１０ｂの前に配置されており、モニタ光源３０の出力光の光軸、集光レンズ３２の光軸、及び光ファイバ１０の光軸が一致するように配置されている。モニタ光源３０から出力されるレーザ光は集光レンズ３２により集光される。集光されたレーザ光は、光ファイバ１０の他端面１０ｂに入力される。検出部３４は、例えばパワーメーターであり、平面導波路２０の他端面２０ｂのコア２３部分の前に位置されている。検出部３４は、モニタ光源３０から出力された光のうち光ファイバ１０及び平面導波路２０を経て、平面導波路２０の他端面２０ｂに達する光のパワーを測定する。

光源４０、反射ミラー４２及び集光レンズ４４は、平面導波路２０の上面における一端面２０ａの付近を加熱し溶融させる際に用いられる。光源４０は、出力レーザ光の進行方向が平面導波路２０のコア２３の光軸と平行な方向に配置されている。集光レンズ４４は、平面導波路２０の上面における一端面２０ａ付近に焦点を有するように配置されている。反射ミラー４２は、光源４０から出力されるレーザ光が入射角４５°を持って入射して、反射した後は集光レンズ４４の光軸に沿って集光レンズ４４に入射されるように配置されている。光源４０は、加熱源であり、例えばＣＯ_２レーザである。光源４０の出力パワーは、例えば５Ｗである。また、光源４０の平面導波路２０の上面位置での光軸におけるビームの直径は、例えは３００μｍである。図中に示されているような直交座標系（ｘ、ｙ、ｚ）を考え、光ファイバ１０及び平面導波路２０のコア２３それぞれの光軸に平行な方向をｚ軸とする。

この融着接続装置１を用いた第１実施形態に係る融着接続方法を説明する。図２は、本実施形態に係る融着接続方法を説明するフローチャートである。図３（ａ）〜図３（ｄ）は、第１実施形態に係る融着接続方法の各工程を模式的に示す図である。先ず、図３（ａ）に示されるように、平面導波路２０と光ファイバ１０の位置調整を行う（ステップ１）。

このとき、光ファイバ１０を移動ステージ１２の固定部に固定して平面導波路２０の一端面２０ａのコア２３と光ファイバ１０の一端面１０ａとが互いに対向するように調整する。その後、平面導波路２０のコア２３と光ファイバ１０の一端面１０ａとの光軸を一致させる。これは、検出部３４が受光する光パワーが最大になるように移動ステージ１２を調整することで行う。そして、ｚ軸に沿って移動ステージ１２を平面導波路２０に近づける方向に移動させ、平面導波路２０の一端面２０ａのコア２３部分と光ファイバ１０の一端面１０ａを互いに接触させる。これにより、平面導波路２０及び光ファイバ１０は、互いに光軸が一致し端面が接触した状態で保持されることとなる。

続いて、図３（ｂ）に示されるように、平面導波路２０の上面における一端面２０ａ付近にレーザ光を照射する（ステップ２）。この工程では、光源４０から出力されたレーザ光は集光レンズ４４により平面導波路２０の上面における一端面２０ａ付近に集光し、平面導波路２０の上面における一端面２０ａ付近が溶融される。

続いて、図３（ｃ）に示されるように、光ファイバ１０をｚ軸に沿って平面導波路２０に近づける方向に押し込む（ステップ３）。この工程において、押し込みはレーザ光照射を開始してから例えば５秒後に移動ステージ１２を例えば３０μｍ／ｓｅｃの速度で駆動させることで行われる。また、押し込み距離は、例えば３０μｍである。これにより、平面導波路２０の一端面２０ａと光ファイバ１０の一端面１０ａとは溶着される。

続いて、図３（ｄ）に示されるように光ファイバ１０をｚ軸に沿って平面導波路２０に遠ざける方向に引き戻す（ステップ４）。この工程では、押し込みを開始してから例えば１秒後に移動ステージ１２をｚ軸に沿って平面導波路２０と反対方向に例えば３０μｍ／ｓｅｃの速度で駆動させる。このときの引き戻し距離は、例えば２０μｍである。レーザ光照射は、引き戻し工程の開始後、例えば２秒後に停止される。これにより、本実施形態に係る融着接続方法による融着接続作業が終了する。

本実施形態に係る融着接続方法による効果を図４（ａ）及び図４（ｂ）を参照して説明する。図４（ａ）は、光ファイバ１０の押し込み工程（ステップ３）までを行い、引き戻し工程（ステップ４）を行わなかった場合における融着接続後の融着接続部の形状を模式的に示す図である。また、図４（ｂ）は、光ファイバ１０の押し込み工程（ステップ３）を行い、更に引き戻し工程（ステップ４）を行った場合における融着接続後の融着接続部の形状を模式的に示す図である。

光ファイバ１０は、平面導波路２０に押し込むと、光ファイバ１０の一端面１０ａの全面が平面導波路２０の一端面２０ａに融着され、その強度が向上する。かかる場合、押し込み工程を行わなかった場合と行った場合の耐引張強度は、それぞれ例えば５０ｇｆ（０．４９Ｎ）及び３５０ｇｆ（３．４３Ｎ）である。しかしながら、図４（ａ）に示されるように、押し込み距離が過度に長い場合には、融着接続面付近における光ファイバ１０のコア２３が曲がってしまい、接続損失が大きくなる。一方、引き戻し工程を行った場合は、図４（ｂ）に示されるように平面導波路２０のコア２３と光ファイバ１０のコア２３は融着接続部の付近において一直線となり、接続損失が少なくなる。かかる場合、引き戻し工程前と後における接続損失は、それぞれ例えば０．７ｄＢ及び０．３ｄＢである。

本実施形態に係る融着接続方法では、平面導波路２０の一端面２０ａのコア２３部分と光ファイバ１０の一端面１０ａを互いに接触させ、平面導波路２０の上面における一端面２０ａ付近にレーザ光を照射する。これにより、レーザ光照射による熱容量が少ない光ファイバの先端部の変形を抑制することができる。また、本実施形態に係る融着接続方法では、押し込み工程後、押し込み距離３０μｍより短い２０μｍだけ平面導波路２０から遠ざける方向に引き戻す。これにより、平面導波路２０及び光ファイバ１０の融着接続面の付近に生じる光ファイバのコア２３の曲がりを修正することができる。そのため、本実施形態に係る融着接続方法によれば、容易に接続損失を少なくすることができると共に接続強度を高くすることができ、信頼性を向上させることができる。

（第２実施形態）
第２実施形態に係る融着接続方法を好適に適用することができる融着接続装置は図１に示されたものと同様である。図５（ａ）〜図５（ｅ）は、第２実施形態に係る融着接続方法の各工程を模式的に示す図である。第２実施形態に係る融着接続方法も、第１実施形態の場合と同様に、図２に示されるように位置調整工程、レーザ光照射工程、押し込み工程、及び引き戻し工程を備える。ただし、具体的内容の点で、第１実施形態と第２実施形態とでは相違する。以下、その相違点を中心に第２実施形態に係る融着接続方法を説明する。

図５（ａ）及び図５（ｂ）に示されるように、第２実施形態に係る位置調整工程（ステップ１）においては、平面導波路２０の一端面２０ａ及び光ファイバ１０の一端面１０ａを接触させる第１実施形態に係るステップ１に対して、例えば３００μｍの間隔を持って互いに対向させる点で相違する。また、図５（ｃ）に示されるように、第２実施形態に係るレーザ光照射工程（ステップ２）においては、平面導波路２０と光ファイバ１０とを接触させて光源４０のレーザ光を照射する第１実施形態に係るステップ２に対して、平面導波路２０と光ファイバ１０とを例えば３００μｍの間隔を持って互いに対向させ、平面導波路２０の上面における一端面２０ａ付近にレーザ光の照射を開始する点で相違する。

また、図５（ｄ）に示されるように、第２実施形態に係る押し込み工程（ステップ３）においては、レーザ光照射の開始から例えば７秒後に移動ステージ１２をｚ軸に沿って平面導波路２０に近づける方向に例えば３３０μｍだけ移動させる。この点で、レーザ光照射を開始してから例えば５秒後に光ファイバ１０を例えば３０μｍだけ平面導波路２０側に移動させる第１実施形態に係る融着接続方法と異なる。図５（ｅ）に示される第２実施形態に係る引き戻し工程（ステップ４）は、図３（ｄ）に示される第１実施形態に係るステップ４と同様である。

本実施形態に係る融着接続方法では、レーザ光照射工程前に、平面導波路２０と光ファイバ１０とを例えば３００μｍの間隔を持って互いに対向させ、平面導波路２０の上面における一端面２０ａ付近をレーザ光で照射する。そのため、押し込み工程の前に熱容量が高い平面導波路２０のみが十分溶融するが、光ファイバ１０へのレーザ光の影響は少ない。これにより、両者の熱容量の差による影響を少なくして高強度の融着接続を得ることができる。

さらに、本実施形態に係る融着接続方法では、レーザ光照射工程の開始の際、平面導波路２０の一端面２０ａと光ファイバ１０の一端面１０ａとの間の間隔Ｌ（３３０μｍ）が、平面導波路２０の上面位置でのｚ軸方向におけるレーザ光のビーム半径R（１５０μｍ）より大きい。これにより、レーザ光照射工程において照射レーザ光による光ファイバの変形を効果的に抑制することができる。

以上、本発明をその２つの実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記２つの実施形態に限定されるものではない。例えば、本実施形態においては、平面導波路４０が基台１Ａ上に固定されているが、平面導波路４０が移動ステージなどに固定され移動可能な状態であってもよい。かかる場合、反射ミラー２４及び集光レンズ４４も平面導波路４０の移動と共に移動できる状態であることが好ましい。

本実施形態では、レーザ光の照射はレーザ光照射工程から引き戻し工程まで継続的に行われているが、途中で中止されてもよい。また、引き戻し工程中にはレーザ光のパワーを小さくして、融着接続部の熱歪みを除去してもよい。

本実施形態において、光源４０はＣＯ_２レーザであるが、平面導波路２０及び光ファイバ１０を十分溶融することができる他の種類のレーザを用いてもよい。本実施形態に係る融着接続装置１において、光ファイバ１０と平面導波路２０との位置調整には、モニタ光源３０、集光レンズ３２及び検出部３４が用いられるが、ＣＣＤカメラなどが用いられてもよい。

本実施形態に係る融着接続装置の説明図である。 本実施形態に係る融着接続方法を説明するフローチャートを示す図である。 第１実施形態に係る融着接続方法の各工程を模式的に示す図である。 引き戻し工程前後における融着接続部の付近の形状を示す図である。 第２実施形態に係る融着接続方法の各工程を模式的に示す図である。 熱分布が最適でないときの融着接続部の付近の形状を示す。

符号の説明

１…融着接続装置、１Ａ…基台、１０…光ファイバ、１０ａ…一端面、１０ｂ…他端面、２０…平面導波路、２０ａ…一端面、２０ｂ…他端面、２１…石英基板、２３…コア、２５…クラッド層、３０…モニタ光源、３２…集光レンズ、３４…検出部、４０…光源、４２…反射ミラー、４４…集光レンズ

Claims (2)

1. 零以上の間隔Lを持って互いに対向するように平面導波路の一端面と光ファイバの一端面とを調整し、前記平面導波路のコアと前記光ファイバとの光軸を一致させる位置調整工程と、
   前記光ファイバの一端面と対向する前記平面導波路の一端面付近にレーザ光を照射するレーザ光照射工程と、
   前記平面導波路と前記光ファイバとを前記光軸に沿って前記間隔Ｌより大きい距離Ｌ１だけ互いに近づけ、前記平面導波路のコアの一端面と前記光ファイバの一端面とを溶着させる押し込み工程と、
   前記平面導波路と前記光ファイバとを前記光軸に沿って前記距離L1と前記間隔Lとの差より小さい距離Ｌ２だけ互いに遠ざける引き戻し工程と、
   を備える融着接続方法。
2. 前記間隔Lが、前記平面導波路の上面位置での前記光軸方向における前記レーザ光のビーム半径Rより大きいことを特徴とする請求項１に記載の融着接続方法。

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