JP2015200747A

JP2015200747A - 光ファイバ接続装置

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Publication number: JP2015200747A
Application number: JP2014078852A
Authority: JP
Inventors: 山田　貴; Takashi Yamada; 貴山田; 高雄福滿; Takao Fukumitsu; 光太鹿間; Kota Shikama
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2014-04-07
Filing date: 2014-04-07
Publication date: 2015-11-12

Abstract

【課題】ＰＭＦとＰＬＣとの接続を容易にし、ＰＭＦのコアとＰＬＣの光導波路との接続特性を改善することができる光ファイバ接続装置を提供する。【解決手段】偏波保持ファイバ２０を基板上に形成された平面光波回路１２に接続するための光ファイバ接続装置において、平面光波回路１２の光導波路の端面が露出している第１の端面に対向する斜面と、偏波保持ファイバ２０が挿入されたキャピラリ１４のファイバ端面が露出している第２の端面に対向する斜面とを有するミラー１０３と、ミラー１０３により反射された第１および第２の端面を撮像する撮像素子１０９、１１０と、キャピラリ１４を把持し、偏波保持ファイバ２０の光軸周りに回転させ、光軸と垂直な平面上を移動させる固定用治具１０２とを備え、撮像素子を監視して、平面光波回路１２の光導波路のコアと偏波保持ファイバ２０のコアの位置が一致するように、固定用治具１０２を制御する。【選択図】図４

Description

本発明は、光ファイバ接続装置に関し、より詳細には、光ファイバと平面光波回路における光導波路とを光学的に結合するための光ファイバ接続装置に関する。

従来、シリコン（Ｓｉ）基板上にＳｉＯ_２系ガラスを主成分とする光導波路を形成した平面光波回路（ＰＬＣ：Planar Lightwave Circuit）が知られている。平面光波回路における光導波路と光ファイバとを光学的に結合するための部材として、Ｖ溝ファイバブロック、キャピラリなどの部材が知られている。

図１に、従来のキャピラリを用いた光ファイバ接続方法を示す。光機能回路１０は、Ｓｉ基板１１上にＰＬＣ１２が形成されている。光導波路の入出射端面には、光ファイバ１５を内挿するキャピラリ１４が固定されている（例えば、特許文献１参照）。また、キャピラリ１４が固定される入出射端面には、ＰＬＣ１２の上面に入出射端面と面一になるように、補強ガラス板（やとい）１３が設置されている。

最初に、光ファイバ１５を、キャピラリ１４の貫通孔に挿入して、接着剤により固定する。次に、光ファイバ１５の端面が露出しているキャピラリ１４の端面、または光導波路の端面が露出しているＰＬＣ１２とやとい１３の端面に接着剤を塗布しておく。光ファイバ１５のコアと、ＰＬＣ１２の光導波路のコアの位置を調節して、キャピラリ１４をＰＬＣ１２およびやとい１３に固定する。

従来のキャピラリ１４は、円筒形の形状をしており、円形の断面形状の円の中心と光ファイバ１５の光軸とが一致している。キャピラリは、石英系ガラス材料からなり、中空の円筒形のプリフォームを線引きすることによって作製される。この方法は、寸法精度が高く、作製が容易なので、一般的に、キャピラリの形状は円筒形となる。

特開２０１２−６８５３２号公報

荒井慎一他、「偏波保持ファイバ」、古河電工時報、第１０９号、第５−１０頁、平成１４年１月

シングルモード光ファイバは、断面形状が円形であり、どのような偏光状態の光でも伝送することができる。しかしながら、光機能回路１０が偏光依存性を有する光変調器などと組み合わされている場合、ＰＬＣ１２の光導波路には、一定の偏光状態の光信号を入力する必要がある。そこで、光ファイバ１５として、偏波保持ファイバ（ＰＭＦ：Polarization Maintaining Fiber）が用いられる。代表的なＰＭＦは、応力付与型ＰＭＦと呼ばれ、複屈折を誘起するように、光ファイバのコアに対して光軸に平行に応力付与部が形成されている。

図２に、従来のＰＭＦの断面構造を示す。ＰＡＮＤＡ（Polarization maintaining AND Absorption reducing）ファイバ２０とも呼ばれ（例えば、非特許文献１参照）、ＧｅＯ_２＋ＳｉＯ_２からなるコア２１、ＳｉＯ_２からなるクラッド２２に加えて、Ｂ_２Ｏ_２＋ＳｉＯ_２からなる応力付与部２３が形成されている。光軸に対して直交する２つの軸は、光の群速度が異なり、図のように高速軸と低速軸と呼ばれている。

従って、例えばＰＭＦと光変調器が形成されたＰＬＣの光導波路とを接続する際には、ＰＭＦの高速軸と光導波路の高速軸とを一致させて接続しなければならない。そこで、図３に示すようなＤカット型キャピラリが用いられていた。Ｄカット型キャピラリ３０は、円筒形の外周面の一部が研削加工された平面（Ｄカット面）３１を有している。この平面と、ＰＡＮＤＡファイバ２０の低速軸が垂直なるようにして、ＰＡＮＤＡファイバ２０とＤカット型キャピラリ３０を固定する。

ＰＬＣの光導波路は、基板平面と低速軸が垂直（基板平面と高速軸が平行）なので、ＰＡＮＤＡファイバ２０とＰＬＣの光導波路との接続は、Ｄカット型キャピラリ３０のＤカット面３１と、ＰＬＣの基板平面とが平行になるようにして接続する。従来の光ファイバ接続装置は、光源と光パワーメータとを用いて、ＰＭＦとＰＬＣとの間に光信号を伝搬させておき、ＰＬＣの出力端面に偏光フィルタを配置し、Ｄカット型キャピラリ３０を把持する治具を回転させ、光強度が最大となる位置で、Ｄカット型キャピラリ３０を固定していた。

しかしながら、ＰＬＣ１台ごとに基板の傾きに応じて、光ファイバの回転調整を行う必要があり、偏光依存性を考慮しない光ファイバの接続と比較して、作製コストと時間が増大していた。また、Ｄカット型キャピラリは、Ｄカット面を形成する研磨工程に、高い寸法精度が要求され、作製コストが増大していた。

本発明の目的は、ＰＭＦとＰＬＣとの接続を容易にし、ＰＭＦのコアとＰＬＣの光導波路との接続特性を改善するための光ファイバ接続装置を提供することにある。

このような目的を達成するために、第１の実施態様は、偏波保持ファイバを基板上に形成された平面光波回路に接続するための光ファイバ接続装置において、前記平面光波回路の光導波路の端面が露出している第１の端面に対向する斜面と、前記偏波保持ファイバが挿入されたキャピラリのファイバ端面が露出している第２の端面に対向する斜面とを有するミラーと、前記ミラーにより反射された前記第１および第２の端面を撮像する撮像素子と、前記キャピラリを把持し、前記偏波保持ファイバの光軸周りに回転させ、前記光軸と垂直な平面上を移動させる固定用治具とを備え、前記撮像素子を監視して、前記平面光波回路の光導波路のコアと前記偏波保持ファイバのコアの位置が一致するように、前記固定用治具を制御することを特徴とする。

第２の実施態様は、前記第１の端面の画像を拡大するレンズと、前記第２の端面の画像を拡大するレンズと、前記ミラーとが一体成型された石英系ガラス基板を備えたことを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、偏波保持ファイバの端面が露出しているキャピラリの端面と、光導波路の端面が露出している平面光波回路の端面とをモニタにより監視しながら、偏波保持ファイバのコアと平面光波回路の光導波路のコアとを接続することができるので、ＰＭＦとＰＬＣとの接続を容易にし、ＰＭＦのコアとＰＬＣの光導波路との接続特性を改善することができる。また、キャピラリに、Ｄカット面を形成する必要もなく、作製コストの低減を図ることができる。

従来のキャピラリを用いた光ファイバ接続方法を示す図である。従来のＰＭＦの断面構造を示す図である。従来のＤカット型キャピラリの構造を示す図である。本発明の第１の実施形態にかかる光接続装置の接続部を示す図である。第１の実施形態にかかる光接続装置の制御部を示す図である。第１の実施形態にかかる光接続装置による接続方法を示す図である。制御用ＰＣのモニタに表示された光接続装置の撮像素子による画像を示す図である。本発明の第２の実施形態にかかる光接続装置の接続部を示す図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図４に、本発明の第１の実施形態にかかる光接続装置の接続部を示す。固定用治具１０１は、光機能回路１０を把持し、ＰＬＣ１２の光導波路の光軸（ｚ軸）方向に、定盤１１１上を移動可能である。固定用治具１０２は、キャピラリ１４を把持し、ＰＡＮＤＡファイバ２０の光軸（ｚ軸）を中心に、キャピラリ１４を光軸周りに回転させることができ、光軸と垂直な平面上（ｘ軸、ｙ軸方向）の移動も可能である。

ミラー１０３は、光導波路の端面が露出しているＰＬＣ１２とやとい１３の端面に対向する斜面と、ＰＡＮＤＡファイバ２０の端面が露出しているキャピラリ１４の端面に対向する斜面とを、両端面の映像を反射する。ミラー１０４〜１０６は、４５度の斜面に反射膜が形成され、ミラー１０３により反射された２つの映像を、２つの撮像素子１０９，１１０で撮像が可能なように、光路を設定する。レンズ１０７，１０８は、それぞれの端面の画像を拡大して、撮像素子１０９，１１０に入力する。

ミラー１０３〜１０６、レンズ１０７，１０８、および撮像素子１０９，１１０は、図示しない光学機器用固定フレームに固定されており、一体的にｙ軸方向に上下動が可能なように構成されている。光機能回路１０を固定用治具１０１に固定し、キャピラリ１４を固定用治具１０２に固定した後、光学機器用固定フレームを下降させ、ミラー１０３が定盤１１１の所定の位置に載置されるようにする。

図５に、第１の実施形態にかかる光接続装置の制御部を示す。撮像素子１０９，１１０、固定用治具１０１を移動させるアクチュエータ１１２、および固定用治具１０２を移動させるアクチュエータ１１３が、制御用ＰＣ１１４に接続されている。制御用ＰＣ１１４のモニタに、撮像素子１０９，１１０から得られた画像を表示し、後述するようにアクチュエータ１１２，１１３を制御する。

図６に、第１の実施形態にかかる光接続装置による接続方法を示す。図４に示したように、光機能回路１０とキャピラリ１４とを固定用治具１０１，１０２にそれぞれ固定し、光学機器用固定フレームを設定した状態からの工程を説明する。最初に、制御用ＰＣ１１４より、撮像素子１０９，１１０を制御して、光導波路の端面が露出しているＰＬＣ１２とやとい１３の端面、およびＰＡＮＤＡファイバ２０の端面の映像が鮮明になるように、焦点調整を行う（Ｓ２０２）。ＰＬＣ１２の光導波路の端面形状、およびＰＡＮＤＡファイバ２０の断面形状は、目視により確認することができる。

図７に、制御用ＰＣのモニタに表示された光接続装置の撮像素子による画像を示す。画面２０１は、光導波路の端面が露出しているＰＬＣ１２とやとい１３の端面の画像であり、画面２０２は、ＰＡＮＤＡファイバ２０の端面の画像である。ここで、光機能回路１０のＳｉ基板１１とＰＬＣ１２との境界を、基準線Ａとする。

図６に戻り、この基準線Ａの上にＰＡＮＤＡファイバ２０のコアが位置するように、アクチュエータ１１３を制御して、キャピラリ１４のｙ軸方向の位置を調整する（Ｓ２０４）。次に、アクチュエータ１１３を制御して、ＰＡＮＤＡファイバ２０の低速軸が基準線Ａと垂直となるように、キャピラリ１４をｚ軸周りに回転させる（Ｓ２０８）。このような目視による調整であっても、基準線Ａに対するＰＡＮＤＡファイバ２０の低速軸の傾きは、９０±５度以内に調整することができるので、実用上の接続特性を損なうことなく、固定することができる。

光学機器用固定フレームを定盤１１１から撤去した後、ＰＡＮＤＡファイバ２０とＰＬＣ１２の光導波路との間に光信号を伝搬させるために、光源と光パワーメータとを接続しておく。さらに、ＰＡＮＤＡファイバ２０の端面が露出しているキャピラリ１４の端面、または光導波路の端面が露出しているＰＬＣとやといの端面に接着剤を塗布しておく。アクチュエータ１１２を制御して、両端面が接触するように、固定用治具１０１をｚ軸方向に移動させる（Ｓ２０８）。

光パワーメータを監視して、受光パワーが最大となるように、アクチュエータ１１３を制御して、キャピラリ１４をｘ，ｙ軸方向に移動させる（Ｓ２１０）。受光パワーが最大となった位置で、例えば、ブロワ式加熱装置により両端面を加熱して、熱硬化型の接着剤を固化させて、キャピラリ１４を固定する。

このようにして、ＰＡＮＤＡファイバ２０の端面が露出しているキャピラリ１４の端面と、光導波路の端面が露出しているＰＬＣ１２の端面とをモニタにより監視しながら、ＰＡＮＤＡファイバ２０のコアとＰＬＣ１２の光導波路のコアとを接続することができる。このとき、回転調整を行った上で、ＰＡＮＤＡファイバ２０とＰＬＣ１２の光導波路とが固定されるので、ＰＡＮＤＡファイバ２０の低速軸を、正確に基板平面に対して垂直に設定することができる。

（第２の実施形態）
図８に、本発明の第２の実施形態にかかる光接続装置の接続部を示す。固定用治具１０１は、光機能回路１０を把持し、ＰＬＣ１２の光導波路の光軸（ｚ軸）方向に、定盤１１１上を移動可能である。ＰＬＣ１２の光導波路の端面は、光の反射による戻り光を抑制するため、例えば、鉛直方向に８°傾けて研磨されている。固定用治具１０２は、同様に接続端面が鉛直方向に８°傾けて研磨されたキャピラリ１４を把持し、ＰＡＮＤＡファイバ２０の光軸（ｚ軸）を中心にキャピラリ１４を回転させることができ、ｘ軸、ｙ軸方向への移動も可能である。ミラー２１１は、４５度の斜面に反射膜が形成され、光導波路の端面が露出しているＰＬＣ１２とやとい１３の端面、およびＰＡＮＤＡファイバ２０の端面が露出しているキャピラリ１４の端面の映像を、撮像素子２１４で撮像が可能なように反射する。レンズ２１２，２１３は、それぞれの端面の画像を拡大して、撮像素子２１４に入力する。

さらに、図示しないが、キャピラリ１４の端面の研磨方向を、ＰＬＣ１２の端面の研磨方向に揃えるために、キャピラリ１４の端面を撮像するレンズおよび撮像素子が、キャピラリ１４の端面のｘ軸方向（図８の紙面手前または奥）に配置されている。

ミラー２１１、レンズ２１２，２１３、および撮像素子２１４は、図示しない光学機器用固定フレームに固定されており、一体的にｙ軸方向に上下動が可能なように構成されている。光機能回路１０を固定用治具１０１に固定し、キャピラリ１４を固定用治具１０２に固定した後、光学機器用固定フレームを下降させ、ミラー２１１が定盤１１１上の所定の位置に載置されるようにする。キャピラリ１４の端面を、研磨方向を確認しながら、固定用治具１０２を回転させ、ＰＬＣ１２の端面の研磨方向に揃える。

（他の実施形態）
本実施形態では、円筒形の形状の従来のキャピラリ１４を用いた場合について説明したが、Ｄカット型キャピラリを用いることもできる。このとき、撮像素子の画像を監視して、Ｄカット型キャピラリのＤカット面が、ＰＬＣ１２とＳｉ基板１１との境界である基準線と平行となるように、固定用治具１０２を回転させてもよい。

１１Ｓｉ基板
１２ＰＬＣ
１３補強ガラス板（やとい）
１４キャピラリ
１５光ファイバ
２０ＰＡＮＤＡファイバ
２１コア
２２クラッド
２３応力付与部
３０Ｄカット型キャピラリ
３１Ｄカット面

Claims

偏波保持ファイバを基板上に形成された平面光波回路に接続するための光ファイバ接続装置において、
前記平面光波回路の光導波路の端面が露出している第１の端面に対向する斜面と、前記偏波保持ファイバが挿入されたキャピラリのファイバ端面が露出している第２の端面に対向する斜面とを有するミラーと、
前記ミラーにより反射された前記第１および第２の端面を撮像する撮像素子と、
前記キャピラリを把持し、前記偏波保持ファイバの光軸周りに回転させ、前記光軸と垂直な平面上を移動させる固定用治具とを備え、
前記撮像素子の画像を監視して、前記平面光波回路の光導波路のコアと前記偏波保持ファイバのコアの位置が一致するように、前記固定用治具を制御するたことを特徴とする光ファイバ接続装置。
前記撮像素子の画像を監視して、前記平面光波回路と前記基板との境界である基準線上に、前記偏波保持ファイバのコアが位置するように、前記固定用治具を制御することを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ接続装置。
前記偏波保持ファイバは、応力付与型偏波保持ファイバであり、
前記撮像素子の画像を監視して、前記応力付与型偏波保持ファイバの低速軸が前記基準線と垂直となるように、前記固定用治具を制御することを特徴とする請求項２に記載の光ファイバ接続装置。
前記キャピラリは、Ｄカット型キャピラリであり、
前記撮像素子の画像を監視して、前記Ｄカット型キャピラリのＤカット面が前記基準線と平行となるように、前記固定用治具を制御することを備えたことを特徴とする請求項２または３に記載の光ファイバ接続装置。