JP2010237592A - 光素子と光ファイバとの接合構造 - Google Patents

Abstract

【課題】誘電体基板の同一端面内に複数の光入出力部を有する光素子に、複数の光ファイバを接合する場合であっても、各光入出力部に繋がる複数の光導波路の長さを等しくし、変調特性などの光導波路毎の光路差に起因する光学特性の劣化を抑制することが可能な、光素子と光ファイバとの接合構造を提供する。
【解決手段】誘電体基板１に形成された光導波路２１を有する光素子と、該光導波路と光学的に結合すると共に、該誘電体基板の端面に接合される光ファイバ４との接合構造において、該光導波路は該端面内に複数の光入出力部を有し、該光ファイバは、各光入出力部に対応する複数の光ファイバであり、該光ファイバが接合される誘電体基板の該端面は、各光入出力部を有する光導波路の光軸方向に垂直であり、かつ、該誘電体基板の厚み方向に傾斜している傾斜面（傾斜角θ）となっている。
【選択図】図３

Description

本発明は光素子と光ファイバとの接合構造に関し、特に、誘電体基板に形成された光導波路と光ファイバとを光学的に結合する光素子と光ファイバとの接合構造に関する。

光通信分野や光計測分野において、光変調器などの誘電体基板に光導波路を形成した光素子が多用されている。また、光素子への光波の入出力方法の一つとして、光素子の入出力部へ光ファイバを光学的に結合する方法がある。

従来、光素子に形成された光導波路と光ファイバとを光学的に結合する方法として、両者の間にレンズなどの光学部品を介在させる方法と、両者を直接接合する方法が利用されている。レンズなどの光学部品を利用する方法は、光素子を含むモジュール全体が大型化する上、光学部品の光軸調整が煩雑化するなどの不具合が多い。これに対し、光素子と光ファイバとを直接接合する方法では、例えば、両者において伝搬する光波のモード径が一致するように設計し、光学的な結合効率を高めることが不可欠となる。このため、光素子に形成する光導波路や光ファイバのサイズなど、設計に係る自由度が制限されることとなるが、光素子を含むモジュール全体を小型化することができる上、接合に係る手間も、レンズなどの光学部品を利用する方法と比較して、簡素化しているため、多種多様なケースで直接接合方法が利用されている。

他方、高速・大容量通信や長距離伝送など、多種多様な用途に対応する変調方式が提案されている。例えば、ＤＱＰＳＫ変調器やＳＳＢ変調器では、２つのマッハツェンダー型導波路を入れ子構造に組み合わせた光導波路が利用されている。また、複数の光変調器を同一の基板上に組み込む集積化も行われており、マッハツェンダー型導波路を複数並列配置し、光入力部又は光出力部を複数設けた光素子も提案されている。

光素子と光ファイバとを光学的に結合する際に、両者の結合効率を高め、光波の戻り光の発生を抑制する方法として、特許文献１に示すようなスネルの法則を利用して、光波を伝搬する媒体の境界面での屈折率変化を考慮して、光素子の光入出力部の端面を傾斜させると共に、光ファイバの光軸を光波の入射又は出射方向と異なるよう設定されることが行われている。

しかも、光素子と光ファイバを直接接合する方法では、光素子に利用する基板の端面の加工処理や、光ファイバの接合処理の容易さなどの理由から、光素子の端面の傾斜は、基板の表面に垂直な面であり、入出力部の光導波路の光軸方向から傾斜するよう設定されている。しかしながら、図１に示すように、例えば、基板１に複数の光変調部２，３を設け、基板１の同一端面に複数の入出力部を形成するように入出力用導波路（２１，３１）が配置される場合には、基板１の表面に垂直な面で傾斜面（スネルの法則を満たす角度θ）を構成すると、入出力用導波路毎に光導波路の長さ（Ｌ１，Ｌ２）が異なることとなる。

図１に示すような光導波路の長さの違いは、各光導波路を伝搬する光波の伝搬損失の差や、光素子から出射又は光変調部（２，３）に入射する光波のタイミングのずれなどを生じ、光素子を含むモジュールの周波数応答性などの光学特性の劣化の原因となる。特に、高周波変調を行う場合には、僅かな光路差が変調特性の劣化を生じることとなる。

特開昭６４−５７２１３号公報

本発明は、上述した問題を解消し、誘電体基板の同一端面内に複数の光入出力部を有する光素子に、複数の光ファイバを接合する場合であっても、各光入出力部に繋がる複数の光導波路の長さを等しくし、変調特性などの光導波路毎の光路差に起因する光学特性の劣化を抑制することが可能な、光素子と光ファイバとの接合構造を提供することである。

上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、誘電体基板に形成された光導波路を有する光素子と、該光導波路と光学的に結合すると共に、該誘電体基板の端面に接合される光ファイバとの接合構造において、該光導波路は該端面内に複数の光入出力部を有し、該光ファイバは、各光入出力部に対応する複数の光ファイバであり、該光ファイバが接合される誘電体基板の該端面の稜線は、各光入出力部を有する光導波路の光軸方向に垂直であり、かつ、該誘電体基板の厚み方向に傾斜している傾斜面となっていることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の光素子と光ファイバとの接合構造において、該誘電体基板が厚さ３０μｍ以下の薄板であり、該誘電体基板の裏面に第１の補強板が接合され、該第１の補強板の端面は、該誘電体基板の該端面と同一面となるよう傾斜を有していることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項２に記載の光素子と光ファイバとの接合構造において、該誘電体基板の表面の端部に第２の補強板を接合し、該第１の補強板の端面は、該誘電体基板の該端面と同一面となるよう傾斜を有していることを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の光素子と光ファイバとの接合構造において、該誘電体基板は、電気光学効果を有する基板であり、該基板上には、該光導波路を伝搬する光波を変調するための変調電極が形成され、該光素子が光変調器を構成していることを特徴とする。

請求項１に係る発明により、誘電体基板に形成された光導波路を有する光素子と、該光導波路と光学的に結合すると共に、該誘電体基板の端面に接合される光ファイバとの接合構造において、該光導波路は該端面内に複数の光入出力部を有し、該光ファイバは、各光入出力部に対応する複数の光ファイバであり、該光ファイバが接合される誘電体基板の該端面の稜線は、各光入出力部を有する光導波路の光軸方向に垂直であり、かつ、該誘電体基板の厚み方向に傾斜している傾斜面となっているため、各光入出力部に繋がる光導波路に対して基板端面の傾斜による光路長差が生じないため、光導波路毎の伝搬損失差や出射又は入射のタイミングのずれが生じず、これらに起因する光学特性の劣化を抑制することが可能となる。

請求項２に係る発明により、誘電体基板が厚さ３０μｍ以下の薄板であり、該誘電体基板の裏面に第１の補強板が接合され、該第１の補強板の端面は、該誘電体基板の該端面と同一面となるよう傾斜を有しているため、誘電体基板が薄板であるため、基板の厚み方向に傾斜する傾斜面が形成し難い場合であっても、第１の補強板と誘電体基板とを一体的に加工することで、誘電体基板の厚み方向に傾斜した端面を形成することが可能となる。

請求項３に係る発明により、誘電体基板の表面の端部に第２の補強板を接合し、該第１の補強板の端面は、該誘電体基板の該端面と同一面となるよう傾斜を有しているため、コベットなどの第２の補強板も誘電体基板と一体的に加工することで、誘電体基板の厚み方向に傾斜した端面を容易に形成することが可能となる。

請求項４に係る発明により、誘電体基板は、電気光学効果を有する基板であり、該基板上には、光導波路を伝搬する光波を変調するための変調電極が形成され、光素子が光変調器を構成しているため、高周波における変調特性など光学特性に優れた光変調器を提供することも可能となる。

従来の光素子と光ファイバとの接合構造を示す平面図である。 本発明の光素子と光ファイバとの接合構造に係る第１の実施例を説明する平面図である。 図２における矢印Ａ−Ａ’における断面図である。 本発明の光素子と光ファイバとの接合構造に係る第２の実施例を説明する平面図である。 図４における矢印Ａ−Ａ’における断面図である。

本発明の光素子と光ファイバとの接合構造について、以下に詳細に説明する。
本発明の特徴は、図２に示すように、誘電体基板１に形成された光導波路（２１，３１）を有する光素子と、該光導波路と光学的に結合すると共に、該誘電体基板の端面に接合される光ファイバ４との接合構造において、該光導波路（２１，３１）は該端面内に複数の光入出力部を有し、該光ファイバ４は、各光入出力部に対応する複数の光ファイバであり、該光ファイバが接合される誘電体基板の該端面の稜線は、図２又は図３（図３は、図２の矢印Ａ−Ａ’における断面図である。）に示すように、各光入出力部を有する光導波路（２１，３１）の光軸方向に垂直であり、かつ、該誘電体基板の厚み方向に傾斜している傾斜面（傾斜角θ）となっていることを特徴とする。

このような構成を採用することで、図２に示すように、各光入出力部に繋がる光導波路（２１，３１）に対して基板端面の傾斜による光路長差（各光導波の長さＬが同じ）が生じないため、光導波路毎の伝搬損失差が発生せず、また、光素子から出射する光波の出射タイミングや、光変調部（２，３）に光波が入射するタイミングに光導波路毎のずれが生じないため、これらに起因する変調特性の劣化などの光学特性が劣化することを抑制することが可能となる。

図３に示す傾斜角θは、光導波路（２１，３１）の屈折率と光ファイバ４の屈折率との差に起因するスネルの法則を満足するよう設定されることが好ましい。また、図２及び３に示すように、誘電体基板１を３０μｍ以下の薄板で構成する場合には、誘電体基板１だけでは機械的強度が弱く、端面を基板の厚さ方向に傾斜して加工することが難しい。このため、接着層６を介して第１の補強板である補強基板７を誘電体基板１の裏面に接合している。そして、誘電体基板１と補強基板７とを一体的に加工し、同一の傾斜面を形成している。

なお、誘電体基板１と補強基板７の接合方法は、接着剤を利用する方法だけでなく、直接接合により基板同士を接合することも可能である。また、誘電体基板と補強基板との熱膨張率を整合させるため、補強基板７に誘電体基板１と同じ材料を用いることも可能である。

光素子への光ファイバの接合に際しては、接合強度を高めるため、光ファイバ４を挿通できるキャピラリ５を用意し、キャピラリ５と一緒に光ファイバ４を光素子の端面に接合するよう構成されている。

図４及び図５（図５は、図４の矢印Ａ−Ａ’における断面図である。）は、本発明の光素子と光ファイバとの接合構造に関する他の実施例であり、上記実施例との差異は、光素子を構成する誘電体基板の表面の端部に、第２の補強板としてコベット８を接合していることである。コベット８は、光ファイバを端面に接続する際の光素子の補強板として、光変調器などで良く利用されているものである。コベット８を配置する場合には、図５に示すように、コベット８も誘電体基板１と一体的に加工処理を行い、端面の傾斜面を同一にすることが好ましい。コベット８と誘電体基板１とを一体的に加工することで、基板の厚さ方向に傾斜する端面を形成し易くなるだけでなく、傾斜面を切削又は切断により加工する際に、光導波路（２１，３１）を損傷することを抑制することも可能となる。

上述した本発明に係る光素子と光ファイバとの接合構造は、光素子として光変調器を構成する場合にも好適に利用可能である。その際には、誘電体基板は、ＬｉＮｂＯ_３結晶などの電気光学効果を有する基板であり、該基板上には、光導波路を伝搬する光波を変調するための変調電極が形成し、光変調器を構成することができる。このような光変調器においては、基板の同一端面に複数の入出力部を設けても、該入出力部に繋がる光導波路の光路長が、全ての入出力部において同じに形成することも容易になるため、高周波での変調特性など光学特性に優れた光変調器を提供することができる。

以上説明したように、本発明によれば、誘電体基板の同一端面内に複数の光入出力部を有する光素子に、複数の光ファイバを接合する場合であっても、各光入出力部に繋がる複数の光導波路の長さを等しくし、変調特性などの光導波路毎の光路差に起因する光学特性の劣化を抑制することが可能な、光素子と光ファイバとの接合構造を提供することができる。

１ 誘電体基板
２，３ 光変調部
２１，３１ 入出力用導波路
４ 光ファイバ
５ キャピラリ
６ 接着層
７ 補強基板
８ コベット

Claims (4)

1. 誘電体基板に形成された光導波路を有する光素子と、該光導波路と光学的に結合すると共に、該誘電体基板の端面に接合される光ファイバとの接合構造において、
   該光導波路は該端面内に複数の光入出力部を有し、
   該光ファイバは、各光入出力部に対応する複数の光ファイバであり、
   該光ファイバが接合される誘電体基板の該端面の稜線は、各光入出力部を有する光導波路の光軸方向に垂直であり、かつ、該誘電体基板の厚み方向に傾斜している傾斜面となっていることを特徴とする光素子と光ファイバとの接合構造。
2. 請求項１に記載の光素子と光ファイバとの接合構造において、該誘電体基板が厚さ３０μｍ以下の薄板であり、該誘電体基板の裏面に第１の補強板が接合され、該第１の補強板の端面は、該誘電体基板の該端面と同一面となるよう傾斜を有していることを特徴とする光素子と光ファイバとの接合構造。
3. 請求項２に記載の光素子と光ファイバとの接合構造において、該誘電体基板の表面の端部に第２の補強板を接合し、該第１の補強板の端面は、該誘電体基板の該端面と同一面となるよう傾斜を有していることを特徴とする光素子と光ファイバとの接合構造。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の光素子と光ファイバとの接合構造において、該誘電体基板は、電気光学効果を有する基板であり、該基板上には、該光導波路を伝搬する光波を変調するための変調電極が形成され、該光素子が光変調器を構成していることを特徴とする光素子と光ファイバとの接合構造。

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