JP2016206308A

JP2016206308A - 光接続部品

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Publication number: JP2016206308A
Application number: JP2015085258A
Authority: JP
Inventors: 里美片寄; Satomi Katayose; 啓渡邉; Hiroshi Watanabe; 幹隆井藤; Mikitaka Itou
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2015-04-17
Filing date: 2015-04-17
Publication date: 2016-12-08

Abstract

【課題】ＰＬＣとファイバブロックの接着強度を確保することにより、光デバイスの小型化を実現することが可能な光接続部品を提供する。
【解決手段】光ファイバ３０と導波路型光素子１１０の光導波路とを接続するための光接続部品であって、光ファイバ３０を収容・固定するための光ファイバ収容・固定部材１２０と、端面が光ファイバ収容・固定部材の端面に接着固定される導波路型光素子１１０であって、導波路型光素子１１０の基板の上面側に光導波路が設けられている、導波路型光素子１１０と、光ファイバ収容・固定部材１２０の底面と導波路型光素子１１０の基板の底面とに接着された接着補強板１３０と、を備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、光接続部品に関し、より詳細には、導波路型光素子に光ファイバを接続するための光接続部品に関する。

少子高齢化社会の到来に伴い、メディカル・ヘルスケア分野における光・電子デバイスの重要性が高まっている。これまで、ディスプレイや光通信で用いられてきた光デバイスの上記分野への応用が求められており、中でも石英系平面光導波路（以下、ＰＬＣ：Planer Lightwave Circuit）などの導波路型光素子を基本とした光デバイスの小型化は重要な課題である。石英系ＰＬＣのモバイル端末や装着型機器への搭載を考慮すると、ＰＬＣの幅および厚みはサブｍｍオーダーであることが望ましく、従来品と比べ１／２以下の超小型なＰＬＣの開発が求められている。

石英系ＰＬＣはフォトリソグラフィやドライエッチングといった半導体プロセスの技術を応用し、石英基板やシリコン基板等の上に光回路を形成したものである。回路パターンにより光送受信器、光分配器および波長合分波器などを実現することができる。量産性に優れ、信頼性も高いため、光ネットワークの基幹部品として、さまざまな用途に利用されてきた。

従来、光通信で用いられている光デバイスは、ファイバブロックと呼ばれる部品により、光ファイバと一体化されている。ファイバブロックには、Ｖ溝ガラス基板（Ｖ溝ファイバブロック）やキャピラリ等があり、こうしたファイバブロックに光ファイバが固定されている。また、ＰＬＣの上面には、端面を合わせてヤトイ板と呼ばれる部材が取り付けられている。ファイバブロックやヤトイ板は、ＰＬＣと光ファイバを接着固定する際、その接着断面積を大きくし、接着部の機械的強度を高めるために必要である。ファイバブロックやヤトイ板は、一般にガラスなどで作られている（例えば特許文献１参照）。

図１は、Ｖ溝ファイバブロックを使用して光デバイスと光ファイバとを接続する従来例を示す。図１（ａ）はＶ溝ファイバブロックを使用して光デバイスと光ファイバとを接続する従来構成におけるコア接続部分における断面図であり、図１（ｂ）は本従来構成のＡ−Ａ断面図であり、図１（ｃ）は本従来構成のＢ−Ｂ断面図である。図１（ａ）に示されるように、ＰＬＣ１０の上面に端面を合わせてヤトイ板２０が取り付けられ、光ファイバ３０はＶ溝ファイバブロック４０に固定されており、ヤトイ板２０及びＶ溝ファイバブロック４０を用いて光ファイバ３０とＰＬＣ１０とが接着固定されている。図１（ｂ）に示されるように、Ｖ溝ファイバブロック４０は、光ファイバ３０を収容する２つのファイバ保持部品からなり、一方又は両方のファイバ保持部品にＶ溝が設けられ、そのＶ溝に光ファイバ３０が収容・固定される。また、図１（ｃ）に示されるように、ＰＬＣ１０は、基板１１と、基板１１上に設けられたクラッド１２と、クラッド１２内に埋め込まれたコア１３からなる。

また、図２は、キャピラリを使用して光デバイスと光ファイバとを接続する例を示す。図２に示されるように、ＰＬＣ１０の上面に端面を合わせてヤトイ板２０が取り付けられ、ＰＬＣ１０の端面に光ファイバ３０を通したキャピラリ５０が固定されており、ヤトイ板２０及びキャピラリ５０を用いて光ファイバ３０とＰＬＣ１０とが接着固定されている。

特開２０１４−４８６２８号公報特開２０１２−６８５３２号公報

しかしながら、従来技術においては、ＰＬＣ１０及びＶ溝ファイバブロック４０、又はＰＬＣ１０及びキャピラリ５０の接着部は、接着強度を保つために十分な断面積が必要であり、チップサイズが大型化するという問題があった。図１および図２に例示された各部位の大きさから理解されるように、ＰＬＣ１０上にヤトイ板２０を設けることによりチップの厚さ方向ではヤトイ板２０の厚さ分（たとえば１ｍｍ）大型化する。加えて、ＰＬＣ１０にヤトイ板２０を接着固定する場合、ＰＬＣ１０のうちヤトイ板２０に覆われる領域には機能性を持たせた光波回路を作製することができないため、ＰＬＣ１０上にヤトイ板２０を設けることによりチップの長さ方向ではヤトイ板２０の長さ分（たとえば２ｍｍ）大型化する。また、接着強度の確保のため、ＰＬＣ１０の幅は１ｍｍ以上必要であり、光回路としての機能的側面からは不要である領域を確保するため、ＰＬＣ１０が大型化する。

一方、ヤトイ板２０によるチップサイズの大型化を抑制するため、ヤトイ板２０を用いることなく、ＰＬＣ１０の端面に光ファイバを接続するキャピラリ型の光ファイバ接続部品が提案されている（例えば特許文献２参照）。図３にその例を示す。図３に示されるように、ＰＬＣ１０の端面にキャピラリ６０が固定されており、ヤトイ板２０及びキャピラリ６０を用いて光ファイバ３０とＰＬＣ１０とが接着固定されている。また、キャピラリ６０の固定端面６０Ａにはひさし状の突起部６０Ｂが設けられている。この突起部６０Ｂはキャピラリ６０の固定端面６０Ａにおいて、円周の一部を残して長さ方向にキャピラリ６０を削り取ることにより作製することができる。残った円周の一部が突起部６０Ｂとなる。このように、キャピラリ６０の一端において、外周の一部に突起部６０Ｂを備えることにより、ヤトイ板を用いることなく、導波路型光素子の端面に光ファイバを接続することが可能となっている。

しかしながら、図３に示す構成では、非常に小さな光接続部品が必要となると、突起部６０Ｂの微細加工が困難であり、キャピラリ６０の厚みが１ｍｍを下回る小型な光接続部品の作製は困難であるという問題があった。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＰＬＣとファイバブロックの接着強度を確保しながら、光デバイスの小型化を実現することが可能な光接続部品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、本発明の第１の態様は、光ファイバと導波路型光素子の光導波路とを接続するための光接続部品であって、前記光ファイバを収容・固定するための光ファイバ収容・固定部材と、端面が前記光ファイバ収容・固定部材の端面に接着固定される導波路型光素子であって、前記導波路型光素子の基板の上面側に光導波路が設けられている、導波路型光素子と、前記光ファイバ収容・固定部材の底面と前記導波路型光素子の前記基板の底面とに接着された接着補強板と、を備えたことを特徴とする光接続部品である。

本発明の第２の態様は、光ファイバと導波路型光素子の光導波路とを接続するための光接続部品であって、前記光ファイバを収容・固定するための光ファイバ収容・固定部材と、端面が前記光ファイバ収容・固定部材の端面に接着固定される導波路型光素子であって、前記導波路型光素子の基板の上面側に光導波路が設けられている、導波路型光素子と、前記導波路型光素子の前記基板の上面上に設けられたヤトイ板と、前記光ファイバ収容・固定部材の上面と前記ヤトイ板の上面とに接着された接着補強板と、を備えたことを特徴とする光接続部品である。

本発明の第３の態様は、本発明の第２の態様であって、前記光ファイバ収容・固定部材の底面と前記導波路型光素子の前記基板の底面とに接着された第２の接着補強板をさらに備えたことを特徴とする光接続部品である。

本発明の第４の態様は、本発明の第１の態様であって、前記光ファイバ収容・固定部材の厚さは１ｍｍ以下であり、前記導波路型光素子の厚さは０．５ｍｍ以下であることを特徴とする光接続部品である。

本発明の第５の態様は、本発明の第２の態様であって、前記光ファイバ収容・固定部材の厚さは１ｍｍ以下であり、前記導波路型光素子の厚さは０．５ｍｍ以下であり、前記ヤトイ板の厚さは０．５ｍｍ以下であることを特徴とする光接続部品である。

本発明によれば、光ファイバ収容・固定部材と導波路型光素子との間の接着固定をより強固にするための接着補強板により、光ファイバ収容・固定部材と導波路型光素子との接着断面積が小さくても接着強度を保つことができ、光デバイスを小型化することができる。

従来のファイバブロックによる光ファイバの接続方法を示す図である。従来のキャピラリによる光ファイバの接続方法を示す図である。従来のキャピラリによる光ファイバの接続方法を示す図である。本発明の第１の実施形態に係る光接続部品を示す図である。本発明の第２の実施形態に係る光接続部品を示す図である。本発明の第３の実施形態に係る光接続部品を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
（第１の実施形態）
図４に、光ファイバと導波路型光素子の光導波路とを接続するための、本発明の第１の実施形態に係る光接続部品を示す。図４（ａ）は本発明の第１の実施形態に係る光接続部品における光ファイバとＰＬＣのコア接続部の断面図を示し、図４（ｂ）はその底面図を示す。図４（ａ）に示されるように、ＰＬＣ１１０の端面には光ファイバ３０及び光ファイバ３０を収容・固定する光ファイバ収容・固定部材１２０が接着固定されており、光ファイバ収容・固定部材１２０およびＰＬＣ１１０の底面には光ファイバ収容・固定部材１２０およびＰＬＣ１１０の端面同士の接着固定をより強固にするために接着補強板１３０が設けられている。光ファイバ収容・固定部材１２０およびＰＬＣ１１０の底面に設けられた接着補強板１３０により、光ファイバ収容・固定部材１２０およびＰＬＣ１１０の底面を接着補強板１３０を介して接続することができる。

図１〜３に示す従来技術と大きく異なるのは、接着強度を高めるためにヤトイ板を設けて接着断面積を大きくするのではなく、光ファイバ収容・固定部材１２０およびＰＬＣ１１０の底面に接着補強板１３０の上面を接着固定することにより、光ファイバ収容・固定部材１２０およびＰＬＣ１１０の端面同士の接着・固定を強化している点である。

第１の実施形態に係る光接続部品は、光ファイバ収容・固定部材１２０をＰＬＣ１１０に接着した後に、光ファイバ収容・固定部材１２０およびＰＬＣ１１０の底面に、両底面を繋ぎ合わせるように接着補強板１３０の上面を接着固定することで作製することができる。このように、光ファイバ収容・固定部材１２０とＰＬＣ１１０の端面の接着固定のみではなく、光ファイバ収容・固定部材１２０とＰＬＣ１１０の底面に接着補強板１２０の上面を接着固定することにより、ヤトイ板をＰＬＣ１１０の上面に設けることなく、接着面積を大きくして強度を高めることができる。ここで、光ファイバ収容・固定部材１２０とＰＬＣ１１０の底面を略同一平面上に配置して、その略同一平面上に配置された底面に接着補強板１３０を接着固定することが好ましい。

なお、光ファイバ収容・固定部材１２０は、例えば、Ｖ溝ファイバブロック又はキャピラリとすることができる。光ファイバ収容・固定部材１２０として用いられるＶ溝ファイバブロックおよびキャピラリの外形は、円形ではなく正方形や長方形のものが望ましい。以下の第２及び第３の実施形態でも同様である。

また、ＰＬＣ１１０及び光ファイバ収容・固定部材１２０の厚さは、ＰＬＣ１１０と光ファイバ収容・固定部材１２０を接続後、ＰＬＣ１１０の底面と光ファイバ収容・固定部材１２０の底面に段差が生じないよう、予め研磨等により厚みを調整しておくことが望ましい。以下の第３の実施形態でも同様である。

また、接着補強板１３０の材料としては、石英ガラスやホウケイ酸ガラスといったガラスが挙げられる。接着補強板１３０の材料がガラスの場合は、ヤトイ板やファイバブロックと同じ材料であるため、接続信頼性が高いという特徴がある。また、これらガラス材料は、ＵＶ光を透過するため、ＰＬＣ１１０と光ファイバ収容・固定部材１２０との接続、及びこれらが接続されたものと接着補強材１３０との接続にＵＶ接着樹脂を使用することで、簡易にＰＬＣ１１０と光ファイバ３０の接続が可能である。さらに、接着補強板１３０の材料としてはプラスチックフィルムが挙げられる。プラスチックフィルムは、大量に安価に製造することが可能である。しかし、プラスチックは、熱膨張係数が一般的に大きいために、シングルモードファイバを接続するための高精度な接続信頼性には不向きではある。しかし、マルチモードファイバといった接続トレランスが緩い用途等では、プラスチックは使用可能である。以下の第２及び第３の実施形態でも同様である。

また、接着補強板１３０のサイズは、幅および長さはＰＬＣ１１０と光ファイバ収容・固定部材１２０の寸法に合わせ、厚みは数μｍ〜数十μｍ程度のものを使用することで、チップの小型化を図ることができる。図４には、本発明の第１の実施形態に係る光接続部品の寸法の一例も示されている。図４に示されるように、本発明では、例えば、ＰＬＣ１１０は、光導波方向の長さが４ｍｍ、幅が１ｍｍ、厚さが０．５ｍｍとすることができ、光ファイバ収容・固定部材１２０は、光導波方向の長さが２ｍｍ、幅が１ｍｍ、厚さが０．７ｍｍとすることができ、接着補強板１３０は、光導波方向の長さが４ｍｍ、幅が０．８ｍｍ、厚さが０．０３ｍｍとすることができる。好適には、ＰＬＣ１１０の厚さは０．２ｍｍ以上１ｍｍ以下であり、光ファイバ収容・固定部材１２０の厚さは０．２ｍｍ以上０．５ｍｍ以下とすることができる。

図１〜３の従来技術による接続方法では、ファイバブロックとＰＬＣの接着断面積は数〜十数ｍｍ²であった。それに対し、図４に示す構成では、ＰＬＣ１１０と光ファイバ収容・固定部材１２０との接着断面積が約０．５ｍｍ²と小さいが、接着補強板１３０によりＰＬＣ１１０及び光ファイバ収容・固定部材１２０の底面を３．２ｍｍ²に渡り接着することで、十分な接着強度を確保することができる。

（第２の実施形態）
図５に、光ファイバと導波路型光素子の光導波路とを接続するための、本発明の第２の実施形態に係る光接続部品を示す。図５に示されるように、ＰＬＣ２１０の端面に光ファイバ収容・固定部材２２０が固定されており、ＰＬＣ２１０の上面にはヤトイ板２４０が設けられ、光ファイバ収容・固定部材２２０及びヤトイ板２４０の上面には接着補強板２３０が設けられている。光ファイバ収容・固定部材２２０及びヤトイ板２４０の上面に設けられた接着補強板１３０により、光ファイバ収容・固定部材１２０およびＰＬＣ１１０の上面を接着補強板１３０を介して接続することができる。ＰＬＣ２１０の基板は例えば石英で構成し、ヤトイ板２４０は例えばホウケイ酸ガラスで構成することができる。

図１〜３に示す従来技術と大きく異なるのは、接着強度を高めるためヤトイ板２４０を設けて接着断面積を大きくするだけではなく、光ファイバ収容・固定部材２２０及びヤトイ板２４０の上面に接着補強板２３０を設け、固定を強化している点である。

第２の実施形態に係る光接続部品では、ＰＬＣ２１０の上面にヤトイ板２４０が設けられており、光ファイバ収容・固定部材２２０を、端面が合うようにＰＬＣ２１０及びヤトイ板２４０に接着固定した後に、光ファイバ収容・固定部材２２０及びヤトイ板２４０の上面に、両上面を繋ぎ合わせるように接着補強板２３０の底面を接着固定することで作製することができる。このように、ＰＬＣ２１０と光ファイバ収容・固定部材２２０との端面のみではなく、光ファイバ収容・固定部材２２０及びヤトイ板２４０の上面に接着補強板２３０の底面を接着固定する。それにより、ＰＬＣ２１０が薄く小型であって断面積が小さなものであっても、光ファイバ収容・固定部材２２０及びヤトイ板２４０の上面と接着補強板２３０の底面との接着面積を大きくすることにより、接着強度を高めることができる。ここで、光ファイバ収容・固定部材２２０とヤトイ板２４０の上面を略同一平面上に配置して、その略同一平面上に配置された上面に接着補強板２３０を接着固定することが好ましい。

ここで、光ファイバ収容・固定部材２２０の厚さは１ｍｍ以下であり、ＰＬＣ２１０の厚さは０．５ｍｍ以下であり、ヤトイ板２４０の厚さは０．５ｍｍ以下であることが好ましい。特に、ヤトイ板２４０は、ＰＬＣ２１０と光ファイバ収容・固定部材２２０とを接着後、光ファイバ収容・固定部材２２０の上面とヤトイ板２４０の上面に段差が生じないよう、適切な厚みのものを用いることが望ましい。以下の第３の実施形態でも同様である。

本実施形態によると、ＰＬＣ２１０がシリコン基板に比べ薄型化及び高精度研磨が困難な石英基板から成る場合などに、ＰＬＣ２１０ではなく、比較的研磨加工が容易なホウケイ酸ガラス等から成るヤトイ板２４０の方を高精度研磨することにより、ヤトイ板２４０の上面と光ファイバ収容・固定部材２２０の上面とを容易に一致させて接着補強板２３０を接着固定することができる。

（第３の実施形態）
図６に、光ファイバと導波路型光素子の光導波路とを接続するための、本発明の第３の実施形態に係る光接続部品を示す。図６に示されるように、ＰＬＣ３１０の端面には光ファイバ収容・固定部材３２０が固定されており、ＰＬＣ３１０の上面にはヤトイ板３４０が設けられ、光ファイバ収容・固定部材３２０及びヤトイ板３４０の上面には第１の接着補強板３３１が設けられ、光ファイバ収容・固定部材３２０及びＰＬＣ３１０の底面には第２の接着補強板３３２が設けられている。ＰＬＣ３１０の基板は例えば石英で構成し、ヤトイ板３４０は例えばホウケイ酸ガラスで構成することができる。

図１〜３に示す従来技術と大きく異なるのは、接着強度を高めるためヤトイ板３４０を設けて接着断面積を大きくするだけではなく、光ファイバ収容・固定部材３２０及びヤトイ板３４０の上面に第１の接着補強板３３１を設け、光ファイバ収容・固定部材３２０及びＰＬＣ３１０の底面に第２の接着補強板３３２を設け、固定を強化している点である。

第３の実施形態に係る光接続部品は、光ファイバ収容・固定部材３２０を、端面が合うようにヤトイ板３４０が設けられたＰＬＣ３１０に接着した後に、光ファイバ収容・固定部材３２０及びヤトイ板３４０の上面に第１の接着補強板３３１の底面を接着固定し、また光ファイバ収容・固定部材３２０およびＰＬＣ３１０の底面に第２の接着補強板３３２の上面を接着固定することで作製することができる。光ファイバ収容・固定部材３２０とＰＬＣ３１０の端面のみではなく、光ファイバ収容・固定部材３２０及びヤトイ板３４０の上面、並びに光ファイバ収容・固定部材３２０及びＰＬＣ３１０の底面にそれぞれ第１の接着補強板３３１及び第２の接着補強板３３２を接着固定することにより、ＰＬＣ３１０が薄く小型であって断面積が小さなものであっても、接着強度を高めることができる。ここで、ファイバ収容・固定部材３２０及びヤトイ板３４０の上面と、光ファイバ収容・固定部材３２０およびＰＬＣ３１０の底面をそれぞれ略同一平面上に配置して、その略同一平面上に配置された上面又は底面に第１の接着補強板３３１の底面又は第２の接着補強板３３２の上面をそれぞれ接着固定することが好ましい。

本実施形態によると、第１及び第２の実施形態に比べて更なる小型化が可能であり、例えばＰＬＣ３１０の厚さが０．２ｍｍ以下、光ファイバ収容・固定部材３２０の厚さが０．２ｍｍ以下であっても、十分な接着強度を保つことができる。

なお、上記実施形態では、石英系ＰＬＣを用いた例を示したが、シリコン導波路（シリコンフォトニクス技術により作製される小型なシリコン導波路）など任意の導波路型光素子を本発明に適用可能である。

ＰＬＣ１０、１１０、２１０、３１０
基板１１
クラッド１２
コア１３
ヤトイ板２０、２４０、３４０
光ファイバ３０
Ｖ溝ファイバブロック４０
キャピラリ５０、６０
固定端面６０Ａ
突起部６０Ｂ
光ファイバ収容・固定部材１２０、２２０、３２０
接着補強板１３０、２３０、３３１、３３２

Claims

光ファイバと導波路型光素子の光導波路とを接続するための光接続部品であって、
前記光ファイバを収容・固定するための光ファイバ収容・固定部材と、
端面が前記光ファイバ収容・固定部材の端面に接着固定される導波路型光素子であって、前記導波路型光素子の基板の上面側に光導波路が設けられている、導波路型光素子と、
前記光ファイバ収容・固定部材の底面と前記導波路型光素子の前記基板の底面とに接着された接着補強板と、
を備えたことを特徴とする光接続部品。
光ファイバと導波路型光素子の光導波路とを接続するための光接続部品であって、
前記光ファイバを収容・固定するための光ファイバ収容・固定部材と、
端面が前記光ファイバ収容・固定部材の端面に接着固定される導波路型光素子であって、前記導波路型光素子の基板の上面側に光導波路が設けられている、導波路型光素子と、
前記導波路型光素子の前記基板の上面上に設けられたヤトイ板と、
前記光ファイバ収容・固定部材の上面と前記ヤトイ板の上面とに接着された接着補強板と、
を備えたことを特徴とする光接続部品。
前記光ファイバ収容・固定部材の底面と前記導波路型光素子の前記基板の底面とに接着された第２の接着補強板をさらに備えたことを特徴とする請求項２に記載の光接続部品。
前記光ファイバ収容・固定部材の厚さは１ｍｍ以下であり、前記導波路型光素子の厚さは０．５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の光接続部品。
前記光ファイバ収容・固定部材の厚さは１ｍｍ以下であり、前記導波路型光素子の厚さは０．５ｍｍ以下であり、前記ヤトイ板の厚さは０．５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項２に記載の光接続部品。