JP2017054110A - 光モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】可視域から紫外域の波長領域の光を利用する場合において、接続ロスの継時的増加を抑制した光モジュールを提供する。【解決手段】光ファイバアレイ１１０と、ファイバブロック１２０と、光導波回路１３０と、接着剤層１４０と、を備えた光モジュールであって、ファイバブロック及び光導波回路の接続端面において光が通過しない部分に設けられた接着剤層を介してファイバブロック及び光導波回路が接続されることにより、ファイバブロックに固定された光ファイバアレイと光導波回路の各光導波路が結合しており、ファイバブロック又は光導波回路には、接着剤がファイバブロック及び光導波回路の接続端面において光が透過する部分に侵入することを防止する接着剤堰き止め用溝１２１が設けられている。さらに、光ファイバと光導波路が光ファイバの座屈応力により直接物理的に接触する。【選択図】図４

Description

本発明は、光導波路と光ファイバとを接続した光モジュールに関し、より詳細には、可視領域から紫外領域（波長範囲７００ｎｍ以下）の光、あるいは非常に強いパワーの光（具体的には、数１００ｍＷから数Ｗのパワーの光）を利用する場合において、接続ロスの継時的増加を抑制した光モジュールに関する。

光通信用に進歩した光ファイバ及び光導波路は、その適用範囲の拡大のため、可視領域や紫外域領域に展開しつつある。近年、可視域から紫外域までを適用範囲とした半導体レーザ（ＬＤ）が市販されるようになっている。ＬＤに用いられる発光ダイオードの適用範囲は、真空紫外域にまで達しており、光ファイバも、可視域から紫外域のシングルモードファイバが市販されるようになってきており、石英系導波路も可視域から紫外域で使用できるものが出来つつある。近い将来、光ファイバで真空紫外域の光を伝搬できるようになると予想され、可視域及び紫外域の光は、ディスプレイ、顕微鏡、バイオテクノロジーなど広い範囲に適用されると考えられる。

また、ファイバレーザ、波長変換レーザの進展に伴い、可視以外でも７８０ｎｍ、８５０ｎｍ、１０６０ｎｍなどの波長において、パワーが数Ｗと非常に強い光が、ファイバ、導波路を通るようになってきた。

これまで、ＬＤから出力された、可視域や紫外域を適用範囲とした光あるいは高出力光は、空間ビームとして取り出して偏光ビームスプリッタ、ミラー、フィルタ、回折格子などの光学素子を通過させ、ハンドリング（分岐、反射、分光、減衰など）することが多かった。具体的には、光学素子の空間配置を固定するための定盤上に上記光学素子を搭載し、ミラーにより光を反射させたり、レンズにより光を集光したり、ビームスプリッタにより光を複数に分けたりすることにより、レーザ光を取り扱っていた。ここで、ＬＤから出力された光を光ファイバで取り出し、光ファイバあるいは光導波路でこれらの処理（分岐、反射、減衰、偏波制御、位相制御、分光、分岐、合波など）ができれば、定盤が必要なくなり、これらの処理が格段に容易になる。

図１は、特許文献１に示されるような従来の導波路−ファイバの接続部の構造を示す。図１には、複数の光ファイバを有する光ファイバアレイ１０と、光ファイバアレイ１０を整列・固定するファイバブロック２０と、光導波回路３０と、接着剤層４０と、を備える。ファイバブロック２０は、光ファイバアレイ１０の光ファイバを整列配置するためのＶ溝が形成されたＶ溝基板２１と、Ｖ溝基板２１のＶ溝に整列・配置された光ファイバを押さえつけるためのガラス基板２２と、を有する。光導波回路３０は、導波路コア３１と導波路クラッド３２からなる光導波路３３を有する。ファイバブロック２０と光導波回路３０とは、接着剤層４０を介して接続されており、それによりファイバブロック２０に固定された光ファイバアレイ１０と光導波回路３０の光導波路３３が結合している。

光導波回路３０に設けられた光導波路３３に光ファイバを接続する場合、光ファイバアレイ１０の端面がファイバブロック２０の端面と面一になるように光ファイバアレイ１０をファイバブロック２０に固定して、光導波路３３とファイバブロック２０との接続端面に接着剤を付けて、接着固定するのが通常である。ファイバブロック２０は、光ファイバ１０の出力端側にＰＤ等を設け、ファイバブロック２０を微動台に設けた上で、ＰＤの受光強度が最大になるように光ファイバ１０に光を通過させながら微動台で最適な位置に調整する。接着剤を端面に付けることにより、毛細管現象により接着剤が光ファイバアレイ１０と光導波路３３との接続端面間の数μｍのギャップの中に侵入して、接続端面全体に行き渡る。接続端面の接着剤をＵＶ照射することにより、ファイバブロック２０と光導波路３３が接着剤層４０により接着固定される。接着剤層４０の材料としては、作業性を考慮すると、熱硬化型の接着剤よりもＵＶ硬化接着剤が用いられることが多く、アクリル系の他にはエポキシ系の接着剤が用いられることもある。

特開平８−３１３７４４号公報 特開平９−１５９８６０号公報 特開平１０−２２１５５９号公報

従来の通信波長帯（波長１．３μｍ〜１．５５μｍ）では、１Ｗのハイパワーの光を光ファイバに入れても、数１０００時間経過しても光ファイバ−光導波路間の接続ロスが増えるということはない。しかしながら、７００ｎｍ以下の可視域から紫外域までの波長域の光を用いた場合、光導波路と光ファイバを従来の接続方法で接続すると、数１０分でロスが急激に増大するということを発明者らは発見した。

このロスの増大の原因を調べるため、ファイバ、導波路、コネクタ、ＬＤにおけるロスをカットバック法により測定し、どの部分でロスが増大したかを調べた。その結果、ロスは光ファイバアレイ１０と光導波路３３の接続端面で最も大きく増大していることがわかった。これは、非常に高いパワー密度の高エネルギーの可視光が接着剤層４０に入射することにより、接着剤層４０の素材が変性して屈折率が局所的に大きく低下あるいは増加し、光の導波構造（光の閉じ込め）構造が崩れて、光が光導波路３３の外側に逃げるためであることを突き止めた。

図２は、波長４０５ｎｍの可視光によって接着剤層の一部の屈折率が局所的に０．０５下がった場合のファイバ−導波路−ファイバの光の伝搬の様子をシミュレーションした結果を示す。具体的には、図２（ａ）は、図２のシミュレーションにおいて使用したファイバ−導波路−ファイバ構造を示し、図２（ｂ）はそのシミュレーション結果を示す。本シミュレーションでは、光ファイバは、モードフィールド系：３μｍ、比屈折率差：０．２％（屈折率１．４５と屈折率１．４５２９）とし、光導波路も同様とした。図２（ｂ）に示されるように、光ファイバと光導波路の接続端面で光が漏れてロスが増大することがわかる。

図３は、従来のアクリル系接着剤で光ファイバを導波路に固定して、波長４０５ｎｍ、４８８ｎｍ、５５９ｎｍ、６４０ｎｍの光を１０ｍＷ入力した場合の透過率の経時変化を示す。図３（ａ）に示されるように、４０５ｎｍの青色の光では、数時間で数１０ｄＢのロスが生じる。この結果は、エポキシ系接着剤でも同様であり、比較的透明であるシリコーン系の接着剤を使うと寿命は延びるものの、１０００時間で数ｄＢのロスがやはり発生する。

また、図３（ａ）〜（ｃ）に示されるように、波長が長くなるに従って寿命は延びるが、図３（ｃ）に示す波長６４０ｎｍ以下の波長の光では、ロスが大きく増大することがわかる。波長５５９ｎｍ及び４８８ｎｍでは一旦ロスが増大した後、少し回復するという現象が見られた。従って、１０ｍＷ入力の場合、７００ｎｍ以下の波長の光であれば、接着剤が劣化し、ロスが増大する。例えば、波長６４０ｎｍの光では、１０００時間付近で急激にロスが増加する。

さらに、ファイバ端面と導波路端面の間に様々な接着剤や液体を注入することを試みたが、波長４０５ｎｍ、１０ｍＷの光を入力すると、どのような接着剤を用いてもロスの増大が見られた。

また、近年、半導体レーザや波長変換レーザ、ファイバレーザの出力は非常に高くなってきており、１Ｗから１０Ｗクラスのレーザも開発されている。これら高出力のレーザ光を光ファイバに伝搬させて、光導波路と接合する場合も同様に、接着剤の劣化により、接着剤接続部における接続ロスが非常に大きくなるという問題があった。可視領域の波長だけでなく、７８０ｎｍ、８５０ｎｍ、１０６０ｎｍ等の通信波長帯よりも若干短い波長の光を用いた場合でも同様の問題が発生している。

そこで、本発明は、７００ｎｍ以下の可視域から紫外域の波長領域の光あるいは７００ｎｍ〜１３００ｎｍの波長領域において数１００ｍＷ以上の高出力の光を利用する場合において、接続ロスの継時的増加を抑制した光モジュールを提供することを目的とする。

このような目的を達成するために、本発明の一実施形態に係る光モジュールは、複数の光ファイバを有する光ファイバアレイと、前記光ファイバアレイを整列・固定するファイバブロックと、複数の光導波路を有する光導波回路と、接着剤層と、を備えた光モジュールであって、前記ファイバブロックと前記光導波回路とを接続する端面である前記ファイバブロックの接続端面及び前記光導波回路の接続端面において光が通過しない部分に設けられた前記接着剤層を介して前記ファイバブロック及び前記光導波回路が接続されることにより、前記ファイバブロックに固定された前記光ファイバアレイと前記光導波回路の各光導波路が結合しており、前記ファイバブロック又は前記光導波回路には、接着剤が前記ファイバブロックの接続端面及び前記光導波回路の接続端面において光が透過する部分に侵入することを防止するための接着剤堰き止め用溝が設けられていることを特徴とする。

本発明の他の実施形態に係る光モジュールでは、前記ファイバブロック及び前記光導波回路の各接続端面は、光の進行方向に対して７゜以上傾いていることを特徴とする。

本発明のさらに他の実施形態に係る光モジュールでは、前記ファイバブロック及び前記光導波回路の各接続端面の前記光が透過する部分にそれぞれ設けられた無反射コートをさらに備えたことを特徴とする。

本発明のさらに他の実施形態に係る光モジュールでは、前記ファイバブロック及び前記光導波回路の各接続端面における前記光が透過する部分同士は、前記接着剤を介さずに直接接触していることを特徴とする。

本発明のさらに他の実施形態に係る光モジュールでは、前記光ファイバアレイの光ファイバが前記光導波回路に押し当てられて座屈していることを特徴とする。

本発明のさらに他の実施形態に係る光モジュールでは、前記光ファイバアレイの光ファイバの先端部分が台形形状に研磨されていることを特徴とする。

本発明のさらに他の実施形態に係る光モジュールでは、前記接着剤堰き止め用溝は、前記ファイバブロックにおいて、前記ファイバブロックに固定された前記光ファイバアレイの配列方向の両端の光ファイバの外側に前記光ファイバアレイを挟むように、前記配列方向及び光の進行方向に対して垂直方向に２本設けられていることを特徴とする。

本発明のさらに他の実施形態に係る光モジュールでは、前記接着剤堰き止め用溝は、前記ファイバブロックにおいて、前記ファイバプロックに固定された前記光ファイバアレイを挟むように配列方向に２本設けられていることを特徴とする。

本発明のさらに他の実施形態に係る光モジュールでは、前記接着剤堰き止め用溝は、前記光導波路において、前記光導波回路の前記複数の光導波路の配列方向の両端の光導波路の外側に全光導波路を挟むように、前記配列方向及び光の進行方向に対して垂直方向に２本設けられていることを特徴とする。

本発明のさらに他の実施形態に係る光モジュールでは、前記光導波回路上に、その端面が前記光導波回路の接続端面と面一になるように設けられたヤトイ板をさらに備え、前記接着剤堰き止め用溝は、前記光導波回路及び前記ヤトイ板において、前記複数の光導波路を挟むように配列方向にそれぞれ設けられていることを特徴とする。

本発明のさらに他の実施形態に係る光モジュールでは、前記ファイバブロックがＳｉで構成されていることを特徴とする。

本発明によると、７００ｎｍ以下の可視域から紫外域の波長領域の光を利用する場合において、あるいは７００ｎｍ〜１３００ｎｍの波長領域の１００ｍＷ〜数Ｗの高出力のパワーの光を利用する場合において、接続ロスの継時的増加を抑制した、光導波路と光ファイバとを接続した光モジュールを実現することができる。

従来の導波路−ファイバの接続部の構造を示す図である。 可視光によって接着剤層の屈折率が局所的に下がった場合におけるファイバ−導波路−ファイバの光の伝搬の様子を示すシミュレーション結果を示す図である。 各波長光におけるファイバ−導波路の透過率の経時変化を示す図である。 本発明の実施例１に係る光モジュールを例示する図である。 本発明の実施例１に係る光モジュールにおいて、接着剤が接着剤堰き止め用溝により堰き止められる様子を例示する図である。 本発明に係る光モジュールにおいて接着剤堰き止め用溝を光ファイバアレイの配列方向に設けた例を示す図である。 本発明の実施例２に係る光モジュールを例示する図である。 本発明の実施例２に係る光モジュールに光を入力した場合の透過率の経時変化を示す図である。 本発明の実施例３に係る光モジュールを例示する図である。 本発明の実施例４に係る光モジュールを例示する図である。 各波長の光に対する空隙層の厚さとロスの関係を示す図である。 本発明の実施例５に係る光モジュールを例示する図である。 本発明の実施例６に係る光モジュールを例示する図である。 本発明の実施例７に係る光モジュールを説明するための図である。 本発明の実施例７に係る光モジュールにおける、座屈ファイバと光導波回路とを接続した場合の出力の経時変化を示す図である。 本発明の実施例８に係る光モジュールを説明するための図である。 本発明の実施例８に係る光モジュールを説明するための図である。 本発明の実施例８に係る光モジュールにおける光導波回路とキャピラリの接続部分の断面図である。 ファイバブロックの材質をガラス又はＳｉで構成した場合のファイバブロックの空冷効果を示す図である。

＜実施例１＞
図４は、本発明の実施例１に係る光モジュールを例示する。図４には、複数の光ファイバを有する光ファイバアレイ１１０と、光ファイバアレイ１１０を整列・固定するファイバブロック１２０と、複数の光導波路を有する光導波回路１３０と、接着剤層１４０と、を備えた光モジュールが示されている。ファイバブロック１２０と光導波回路１３０とを接続する端面であるファイバブロック１２０の接続端面及び光導波回路１３０の接続端面において光が通過しない部分に設けられた接着剤層１４０を介してファイバブロック１２０と光導波回路１３０とが接続されることにより、ファイバブロック１２０に固定された光ファイバアレイ１１０と光導波回路１３０の各光導波路とが結合している。ファイバブロック１２０には、整列・固定された光ファイバアレイ１１０の光ファイバアレイ１１０の配列方向（以下、「配列方向」という）の両端の光ファイバの外側に光ファイバアレイ１１０を挟むように、配列方向及び光の進行方向に対して概垂直方向（以下、「垂直方向」という）に接着剤堰き止め用溝１２１が２本設けられている。

本発明の実施例１に係る光モジュールでは、可視域から紫外域の光が光導波路−光ファイバ間の接着剤層に照射されることにより接着剤層が劣化することによるロスの増大を防ぐために、接着剤をファイバブロック１２０の接続端面及び光導波回路１３０の接続端面において光が透過する部分には用いず、光が通過しない部分のみに用いてファイバブロック１２０と光導波回路１３０とを接着固定する。その構造を簡単に実現するために、本発明では、ファイバブロック１２０に接着剤堰き止め用溝１２１を設けている。接着剤堰き止め用溝１２１を設けたことにより、接着剤が両接続端面において光が透過する部分に侵入することを防止し、接着剤層１４０を両接続端面において光が透過しない部分のみに設けながらファイバブロック１２０と光導波回路１３０とを接着固定することが可能となる。接着剤堰き止め用溝１２１は、幅１００μｍ以上、深さ１００μｍ以上あればよい。

図５は、本発明の実施例１に係る光モジュールにおいて、接着剤が接着剤堰き止め用溝により堰き止められる様子を例示する。図５（ａ）に示されるように、接着剤をファイバブロック１２０において２つの接着剤堰き止め用溝１２１の外側に付ける。光ファイバアレイ１１０の各光ファイバに６４０ｎｍの光を通して、ファイバブロック１２０の接続端面を光導波回路１３０の接続端面付近に近づけ、光導波回路１３０の光導波路に光が入射するようにアライメントする。ファイバブロック１２０の端面と光導波回路１３０の端面との間隔は、１μｍ〜５μｍ程度とする。

図５（ｂ）に示されるように、ファイバブロック１２０の端面と光導波回路１３０の端面とが近づくと、接着剤は毛細管現象により両端面全体に広がろうとするが、接着剤堰き止め用溝１２１によって、接着剤が堰き止められ、接続端面において光が通過する部分には接着剤が達しない。ファイバブロック１２０の接続端面と光導波回路１３０の接続端面とを十分に近づけると、図５（ｃ）に示されるように、接着剤は接着剤堰き止め用溝１２１によって仕切られたファイバブロック１２０の両側で四角状に広がる。その後、ファイバブロック１２０の接続端面と光導波回路１３０の接続端面に広がった接着剤をＵＶ照射して、接着剤層１４０としてファイバブロック１２０の接続端面と光導波回路１３０の接続端面とを接着固定する。

ここで、本実施例では、接着剤堰き止め用溝１２１をファイバブロック１２０に設けた構成を示しているが、接着剤堰き止め用溝を光導波回路１３０に設けてもよい。また、本実施例では、接着剤堰き止め用溝は垂直方向に２本設けられているが、図６に示されるように配列方向に２本設けてもよい。この場合も、接着剤を２つの接着剤堰き止め用溝１２１の外側に付ければよい。以下の実施例でも同様とする。

＜実施例２＞
図７は、本発明の実施例２に係る光モジュールを例示する。図７には、接続端面を斜め研磨した実施例２に係る光モジュールが示されている。接続端面において光が透過する部分に接着剤層がないと、ファイバブロック及び光導波回路の各接続端面から光が空間に直接出ることになる。ファイバブロック及び光導波回路の各接続端面が光の進行方向に対して直角の場合には、各接続端面での反射が大きくなるため、戻り光によってレーザの出力が変動することがある。反射を低減するために、本実施例２に係る光モジュールでは、図７（ａ）及び（ｂ）に示されるように、ファイバブロック２２０及び光導波回路２３０は、それぞれ、各接続端面を斜め研磨することによって形成された斜め研磨端面２２２及び２３１とすることができる。斜め研磨端面２２２及び２３１は、光の進行方向に対して例えば７゜以上傾いた斜め研磨角度を有することができる。

図８は、本実施例２に係る光モジュールに、波長４０５ｎｍ、１０ｍＷの光を入力した場合の透過率の経時変化を示す。従来のように接続端面において光が通過する部分に接着剤層がある場合にはロスが大きく増えたが、接続端面において光が通過する部分に接着剤層がない本発明の実施例２に係る光モジュールでは、図８に示されるようにロスはほとんど増えない。

同様に、波長７８０ｎｍ、８５０ｎｍ、１０６３ｎｍの高出力（１Ｗ）の光を光ファイバに入れて、光導波路に接続した場合も同様にロス増加を防ぐことが出来た。

＜実施例３＞
図９は、本発明の実施例３に係る光モジュールを例示する。図９には、ファイバブロック３２０及び光導波回路３３０の両接続端面において光が通過する部分に無反射コート３５０が設けられた光モジュールが示されている。本実施例３に係る光モジュールによると、光が通過する部分に無反射コート３５０を形成することにより、各接続端面での反射を低減することできる。

＜実施例４＞
図１０は、本発明の実施例４に係る光モジュールを例示する。ファイバブロック及び光導波回路の両接続端面間に空隙層が存在する場合、空隙層の厚さが大きくなると、ロスが増大するという問題がある。また、空隙層があると、この接続部分の反射でロスが大きくなり、反射戻り光により入力側に光が戻るという問題がある。この空隙層による問題を解決するため、図１０に示される光モジュールは、ファイバブロック４２０及び光導波回路４３０の両接続端面における光が透過する部分が直接接触している。

図１１は、波長４００ｎｍ、５５９ｎｍ、６４０ｎｍ、１５５０ｎｍの光を利用した場合における、光モジュールでの空隙層の厚さとロスの関係を示す。図１１には、空隙層に接着剤を充填した場合と充填していない場合が示されている。図１１（ａ）〜（ｄ）に示されるように、波長が短いほど、ロスが大きくなる。また、空隙層を接着剤で充填していない場合は、空隙層を接着剤で充填した場合に比べて、ロスが約２倍となっている。よって、空隙層をできる限り小さくすることにより、ロスを低減することができる。ロスを、光導波路の接続損失の測定誤差の範囲内である０．１ｄＢ以下にするためには、空隙層の厚さは５μｍ以下が望ましい。

本実施例４に係る光モジュールによると、両接続端面を直接接触させることで接続端面における光の反射を無くすことができる。

＜実施例５＞
図１２は、本発明の実施例５に係る光モジュールを例示する。図１２には、光ファイバアレイ５１０と、光ファイバアレイ５１０を整列・固定するファイバブロック５２０と、光導波回路５３０と、接着剤層５４０と、を備えた光モジュールが示されている。本実施例では、上記実施例のようにファイバブロック５２０には接着剤堰き止め用溝が設けられておらず、光導波回路５３０に、光導波回路５３０の光導波路の配列方向の両端の光導波路の外側に全光導波路を挟むように垂直方向に接着剤堰き止め用溝５３１が設けられている。ファイバブロック５２０及び光導波回路５３０は、接着剤層５４０を介して接続されている。

実施例１乃至４では、光ファイバと光導波路端面に接着剤が付かないようにするためにファイバブロックに接着剤堰き止め用溝を設けたが、本実施例５のように、光導波回路５３０の接続端面に接着剤堰き止め用溝５３１を設けることができる。この場合、接着剤は光導波回路５３０において２つの接着剤堰き止め用溝５３１の外側に付ければよい。

実施例５でも実施例１乃至４と同様に、両接続端面間の反射を少なくするために、接続端面を斜め研磨してもよいし、接続端面に無反射コートを設けてもよく、両接続端面を直接接触させるようにしてもよい。

＜実施例６＞
図１３は、本発明の実施例６に係る光モジュールを例示する。図１３には、光ファイバアレイ６１０と、光ファイバアレイ６１０を整列・固定するファイバブロック６２０と、光導波回路６３０と、ガラスからなるヤトイ板６５０とを備えた光モジュールが示されている。ヤトイ板６５０は、光導波回路６３０上に、その端面が光導波回路６３０の接続端面と面一になるように設けられている。光導波回路６３０及びヤトイ板６５０は、光導波回路６３０及びヤトイ板６５０にそれぞれ設けられた接着剤層６４０を介してファイバブロック６２０と接続されている。また、光導波回路６３０及びヤトイ板６５０には、接着剤堰き止め用溝６３１及び６５１が光導波回路６３０の光導波路を挟むように配列方向に設けられている。

このように、光導波回路６３０上にヤトイ板６５０を設けて配列方向に接着剤堰き止め用溝６５１を設けることにより、光導波回路６３０の接続端面に配列方向に接着剤堰き止め用溝６３１を設けることが可能となる。

本実施例６でも実施例１乃至４と同様に、両接続端面間の反射を少なくするために、接続端面を斜め研磨してもよいし、接続端面に無反射コートを設けてもよく、両接続端面を直接接触させるようにしてもよい。

上記実施例５及び６において、波長４０５ｎｍ、４８８ｎｍ、５５９ｎｍ、６４０ｎｍの光を１０ｍＷ入力する実験を行ったが、紫外域の光であってもロスが経時的に増大することはなかった。例えば、実施例５及び６では、青色ＬＤからの波長３７０ｎｍの光であっても、あるいは波長変換レーザからの波長２６６ｎｍの光であっても、光ファイバ−光導波路間のロスの経時的な増大は見られなかった。

＜実施例７＞
図１４を用いて、本発明の実施例７に係る光モジュールを説明する。図１４（ａ）は、実施例７に係る光モジュールのファイバブロックの構成を示す。図１４（ａ）には、光ファイバアレイ７１０と、光ファイバアレイ７１０を整列・固定するファイバブロック７２０とが示されている。図１４（ａ）に示されるように、ファイバブロック７２０は、下側に設けられたＶ溝基板と上側に設けられた上部基板で構成されており、光ファイバアレイ７１０を挿入するための光ファイバアレイ用Ｖ溝７２１と、スペーサ用ファイバ７１１を挿入するためのスペーサ用Ｖ溝７２２と、光ファイバアレイ７１０の配列方向の両端の光ファイバの外側に光ファイバアレイ７１０を挟むように配列方向及び光の進行方向に対して垂直方向に２本設けられた接着剤堰き止め用溝７２３とを有する。

光ファイバアレイ７１０は、光ファイバアレイ用Ｖ溝７２１上で、ファイバの後ろ側が接着剤７２４により接着固定されており、光導波回路に押し当てられることにより光ファイバが座屈している。スペーサ用ファイバ７１１の径は、例えば光ファイバアレイ７１０の光ファイバの径と等しくすることができ、スペーサ用Ｖ溝７２２は光ファイバアレイ７１０を整列する複数のＶ溝の両端にそれぞれ設けられている。

上述した実施例４に係る光モジュールでは、光ファイバ端面と光導波路端面が物理的に接触している。しかし、光導波路の端面とファイバブロックの端面を、継続的に物理的に完全に接触させるのは難しい。例えば、光ファイバをコネクタを用いて接続する場合には、光ファイバ端面を台形状に研磨して、その中心にある光ファイバのコア部分が物理的に接触するようにし、例えば、ＦＣコネクタの場合にはネジで締めて物理的に接触させ、ＳＣコネクタの場合にはバネによって物理的に接触させている。しかし、光導波路とファイバブロックをこのように台形状に研磨して、ネジで締めたりバネを用いたりして物理的に接触させることは技術的に難易度が高い。

そこで、図１４（ａ）に示すように、接着剤堰き止め用溝７２３を設けたファイバブロック７２０において、光ファイバアレイ７１０をＶ溝に挿入して、光ファイバ自体が前後に動くようにし、さらに光ファイバ端面は台形状に研磨し、ファイバブロック７２０から光ファイバの先端が数１０μｍ出るようにして光ファイバの後ろ側を接着剤７２４で接着固定する。

図１４（ｂ）に示されるように、光ファイバの先端面は光の進行方向に対して概直角（９０±０．３゜）であり、さらに側面を研磨して台形状にし、先端を細くすることにより例えばＰＬＣ（Planar Lightwave Circuit（平面光波回路））などの光導波回路の端面に接触する部分を最小面積としている。それにより、接触による力が光ファイバの先端部分に集中し、光ファイバと光導波回路の密着性を高めることができるため、接続ロスを抑制することができる。

図１４（ｃ）に示すように、ファイバブロック７２０から光ファイバの先端部分が数１０μｍ飛び出ている状態で、光ファイバにレーザ光を入れて、光導波回路の光導波路とのアライメントを行う。この時光ファイバを、光導波路コアに物理的に接触させる。ファイバブロック７２０の両脇の接着剤塗布用域に接着剤７２５を塗布し、ファイバブロック７２０をさらに導波路方向に押して、ファイバブロック７２０と光導波回路をＵＶ硬化により接着する。光ファイバは、Ｖ溝に配置されており、先端部分が接着固定されておらず、前後に容易に動くことが出来る。図１４（ｄ）に示されるように、光ファイバ先端はファイバブロック７２０に押し戻されるが、光ファイバの座屈により、光ファイバの先端部分は導波路端面に押しつけられる。座屈応力は座屈長を５−１０ｍｍとすることにより最適となる。

従来、このような座屈応力を用いたファイバあるいはファイバ導波路のコネクタは既に開発されている（例えば、特許文献２及び３参照）。しかし、特許文献２及び３に示されるような取り外し可能なコネクタでなく、光ファイバと光導波路を接続固定するものにこのような座屈応力を用いたフィジカルコンタクトを実現した例はない。

このようにして、光ファイバ−光導波回路−光ファイバを接続し、４０５ｎｍの光源７０ｍＷを入力して、その出力の経時変化を調べた。結果を図１５に示す。図１５に示されるように、５０ｍＷ以上の光を１０００時間以上通すことができた。

ここで、本実施例では、光ファイバの後ろ側に直接接着剤７２４を塗布して接着固定する構成としているが、光ファイバをキャピラリに挿入してキャピラリと光ファイバとをＶ溝基板に接着剤で固定してもよい。それにより、ファイバブロック７２０と光ファイバとの接着固定をより強化することができる。

＜実施例８＞
図１６乃至図１８を用いて、本発明の実施例８に係る光モジュールを説明する。図１６には、光ファイバ８１０と、上半分を部分的に切り取ったキャピラリ８２０と、が示されている。光ファイバ８１０は先端が研磨されており、キャピラリ８２０は例えば１２６μｍφの穴を持つキャピラリである。キャピラリ８２０は、キャピラリ８２０の先端に設けられたキャピラリ座繰り溝８２１と、キャピラリ８２０の上半分が切り取られた第１及び第２の切り取り部８２２及び８２３を有する。第１の切り取り部８２２はキャピラリ８２０の先端側に設けられており、第２の切り取り部８２３はキャピラリの後方端側に設けられている。第１の切り取り部８２２では光ファイバ８１０が座屈しており、第２の切り取り部８２３では接着剤８２４により光ファイバ８１０が接着固定されている。実施例７では、ファイバブロック７２０に形成されたＶ溝を用いて、光ファイバが前後に移動出来るようにしたが、本実施例８のように、キャピラリ８２０を、Ｖ溝を有するファイバブロックの代わりに用いてもよい。

図１７は、光ファイバをキャピラリに挿入してファイバ先端を光導波回路端面に突き当てて光ファイバを座屈させるまでの過程を示す。図１７（ａ）に示されるように、光ファイバ８１０をキャピラリ８２０に差し込み、図１７（ｂ）に示すように、光ファイバ８１０の先端がキャピラリ８２０から数１０μｍ出るようにして、キャピラリ８２０の先端から５−１０ｍｍ程度の所で接着剤８２４により接着固定する。その後、実施例７と同様に、図１７（ｃ）に示すように、キャピラリ８２０の接着剤塗布用域に接着剤８２５を塗布し、キャピラリ８２０をさらに導波路方向に押して光ファイバ８１０を座屈させた後、キャピラリ８２０と光導波回路を接着剤のＵＶ硬化により接着する。接着剤は堰き止め用の座繰り溝８２１があるため、光ファイバと光導波路端面の間には侵入しない。これにより、光導波路と光ファイバは、座屈による応力により常にフィジカルコンタクトすることになる。

図１８は、本発明の実施例８に係る光モジュールにおける光導波回路とキャピラリの接続部分の断面図である。図１８（ａ）に示されるように、キャピラリ８２０の先端には光ファイバ８１０に接着剤が流入することを防止するキャピラリ座繰り溝８２１が設けているため、キャピラリ８２０と光導波回路を固定するための接着剤８２５はキャピラリ座繰り溝８２１に流入し、光ファイバ８１０には達しない。

＜実施例９＞
実施例１において、接着剤堰き止めすることにより、光ファイバと光導波路の間に空隙ができる。可視域ではこの構造で殆どロスの増加を抑えられるが、４５０ｎｍ以下の紫外に近い光を通す場合には、それでもロスの増加が見られた。これはこの波長の光によって、光ファイバのコア部分が空隙部に飛び出してくることが原因である。これを抑えるために、実施例７及び８でフィジカルコンタクトをとるようにした。

一方、このような波長の光を通過させる場合、光導波路と光ファイバの接続部の温度が上がっていることを発見し、この接続部分を冷却することにより、ロスの増加を大きく下げられることを発見した。

本実施例９では、接続部分を空冷するために、ファイバブロックを従来のガラスでなくガラスよりも放熱性が高いＳｉ基板を用いて作製し、Ｓｉ基板にＶ溝を形成し、その上を石英ガラスでフタをして、光ファイバを固定した。

図１９は、ファイバブロックの材質をガラス又はＳｉで構成した場合のファイバブロックの空冷効果を示す。図１９では、波長４０５ｎｍ、４０ｍＷの入力光を用いている。図１９（ａ）及び（ｂ）に示されるように、ファイバブロックの材質をＳｉで構成した場合は、ファイバブロックの材質をガラスで構成した場合と比較して透過率の減衰時間が長くなっている。このように、ファイバブロックの材質をガラスからＳｉに変更することにより、寿命を２倍から３倍延ばすことができた。

なお、本実施例９では、ファイバブロックの材料としてＳｉを用いた構成を例示したが、ガラスよりも放熱性の高い材料であれば本発明において適用可能である。

光ファイバアレイ １０、１１０、２１０、３１０、４１０、５１０、６１０、７１０
ファイバブロック ２０、１２０、２２０、３２０、４２０、５２０、６２０、７２０
Ｖ溝基板 ２１
ガラス基板 ２２
光導波回路 ３０、１３０、２３０、３３０、４３０、５３０、６３０
導波路コア ３１
導波路クラッド ３２
光導波路 ３３
接着剤層 ４０、１４０、２４０、３４０、４４０、５４０、６４０
接着剤堰き止め用溝 １２１、２２１、３２１、４２１、５３１、６３１、６５１、７２３
斜め研磨端面 ２２２、２３１
無反射コート ３５０
ヤトイ板 ６５０
スペーサ用ファイバ ７１１
光ファイバアレイ用Ｖ溝 ７２１
スペーサ用Ｖ溝 ７２２
接着剤 ７２４、７２５、８２４、８２５
光ファイバ ８１０
キャピラリ ８２０
キャピラリ座繰り溝 ８２１
キャピラリ切り取り部 ８２２、８２３

Claims (11)

1. 複数の光ファイバを有する光ファイバアレイと、
   前記光ファイバアレイを整列・固定するファイバブロックと、
   複数の光導波路を有する光導波回路と、
   接着剤層と、
   を備えた光モジュールであって、
   前記ファイバブロックと前記光導波回路とを接続する端面である前記ファイバブロックの接続端面及び前記光導波回路の接続端面において光が通過しない部分に設けられた前記接着剤層を介して前記ファイバブロック及び前記光導波回路が接続されることにより、前記ファイバブロックに固定された前記光ファイバアレイと前記光導波回路の各光導波路が結合しており、
   前記ファイバブロック又は前記光導波回路には、接着剤が前記ファイバブロックの接続端面及び前記光導波回路の接続端面において光が透過する部分に侵入することを防止するための接着剤堰き止め用溝が設けられていることを特徴とする光モジュール。
2. 前記ファイバブロック及び前記光導波回路の各接続端面は、光の進行方向に対して７゜以上傾いていることを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
3. 前記ファイバブロック及び前記光導波回路の各接続端面の前記光が透過する部分にそれぞれ設けられた無反射コートをさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
4. 前記ファイバブロック及び前記光導波回路の各接続端面における前記光が透過する部分同士は、前記接着剤を介さずに直接接触していることを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
5. 前記光ファイバアレイの光ファイバは、前記光導波回路に押し当てられて座屈していることを特徴とする請求項４に記載の光モジュール。
6. 前記光ファイバの先端部分は台形形状に研磨されていることを特徴とする請求項４又は５に記載の光モジュール。
7. 前記接着剤堰き止め用溝は、前記ファイバブロックにおいて、前記ファイバブロックに固定された前記光ファイバアレイの配列方向の両端の光ファイバの外側に前記光ファイバアレイを挟むように、前記配列方向及び光の進行方向に対して垂直方向に２本設けられていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の光モジュール。
8. 前記接着剤堰き止め用溝は、前記ファイバブロックにおいて、前記ファイバブロックに固定された前記光ファイバアレイを挟むように配列方向に２本設けられていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の光モジュール。
9. 前記接着剤堰き止め用溝は、前記光導波路において、前記光導波回路の前記複数の光導波路の配列方向の両端の光導波路の外側に全光導波路を挟むように、前記配列方向及び光の進行方向に対して垂直方向に２本設けられていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の光モジュール。
10. 前記光導波回路上に、その端面が前記光導波回路の接続端面と面一になるように設けられたヤトイ板をさらに備え、
    前記接着剤堰き止め用溝は、前記光導波回路及び前記ヤトイ板において、前記複数の光導波路を挟むように配列方向にそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の光モジュール。
11. 前記ファイバブロックは、Ｓｉで構成されていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の光モジュール。