JP2018004830A - High heat-resistant optical fiber module and manufacture method of the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、平面光波回路と光ファイバとが接続された光ファイバモジュールおよびその作製方法に関し、より詳細には、耐熱温度を高めた高耐熱性光ファイバモジュールおよびその作製方法に関する。 The present invention relates to an optical fiber module in which a planar lightwave circuit and an optical fiber are connected and a method for manufacturing the same, and more particularly to a high heat resistant optical fiber module having an increased heat resistant temperature and a method for manufacturing the same.
石英系材料、シリコン及び半導体からなる平面的な光導波路を有する平面光波回路部品は、ほとんどの場合、単体で利用されるよりも光ファイバを光の入出力端として接続した状態で利用される。平面光波回路と光ファイバとを接続するためには、光ファイバ接続用の部品が必要となる。ここで、平面光波回路と光ファイバとを接続する光ファイバ接続用の部品として、V溝をガラス基板上に形成し、V溝の所望の位置に光ファイバを接着剤で整列配置固定した光ファイバブロックが広く用いられている。 In most cases, a planar lightwave circuit component having a planar optical waveguide made of a quartz-based material, silicon, and a semiconductor is used in a state where an optical fiber is connected as an input / output end of light rather than being used alone. In order to connect the planar lightwave circuit and the optical fiber, components for connecting the optical fiber are required. Here, as an optical fiber connecting part for connecting a planar lightwave circuit and an optical fiber, a V-groove is formed on a glass substrate, and the optical fiber is aligned and fixed with an adhesive at a desired position of the V-groove. Blocks are widely used.
平面光波回路と光ファイバブロックとの接続の工程手順は、一例として、以下の通りに行う。まず、平面光波回路を固定台に配置し、光ファイバブロックを微動台に固定する。ここで、光ファイバブロックの一端側には光源に接続された光ファイバが設けられており、平面光波回路の光ファイバブロック側と反対側にはフォトダイオード(PD)が設置されている。 The process procedure for connecting the planar lightwave circuit and the optical fiber block is performed as follows as an example. First, the planar lightwave circuit is arranged on a fixed base, and the optical fiber block is fixed on the fine movement base. Here, an optical fiber connected to a light source is provided on one end side of the optical fiber block, and a photodiode (PD) is installed on the side opposite to the optical fiber block side of the planar lightwave circuit.
次に、光ファイバブロックを平面光波回路の一端側(光ファイバブロック側)に近接させた状態で、UV硬化接着剤を平面光波回路と光ファイバブロックとの隙間に塗布する(接着層の生成)。その後、PDの受光強度が最大になるように光ファイバブロックを設置した微動台を動かす。PDにおいて最大受光強度が得られた時点で、紫外線を照射し、UV硬化接着剤を硬化させて接着層を固定する。 Next, a UV curable adhesive is applied to the gap between the planar lightwave circuit and the optical fiber block in a state where the optical fiber block is brought close to one end side (optical fiber block side) of the planar lightwave circuit (generation of an adhesive layer). . Thereafter, the fine movement table on which the optical fiber block is installed is moved so that the light receiving intensity of the PD becomes maximum. When the maximum light receiving intensity is obtained in the PD, ultraviolet rays are irradiated to cure the UV curable adhesive and fix the adhesive layer.
必要に応じて、平面光波回路の他端にも、同様の工程により光ファイバブロックを接続することができる。この際、平面光波回路の端にPDを配置するのではなく、既に接続されている光ファイバからの出力をPDに入射すればよい。 If necessary, an optical fiber block can be connected to the other end of the planar lightwave circuit by a similar process. At this time, instead of disposing the PD at the end of the planar lightwave circuit, the output from the already connected optical fiber may be incident on the PD.
このように、平面光波回路と光ファイバブロックとの固定は、低コスト、低損失化、硬化時間の短縮化等の理由から、ほとんどの場合、紫外線によって硬化するUV硬化接着剤を用いてなされている。 As described above, the planar lightwave circuit and the optical fiber block are fixed by using a UV curing adhesive that is cured by ultraviolet rays in most cases for reasons such as low cost, low loss, and shortening of the curing time. Yes.
平面光波回路を有する光ファイバモジュールの多くは、大容量光通信を支える部品として利用されているが、他方では光センサとしても広く用いられる。光ファイバモジュールを光センサとして用いる場合、光通信の場合以上に過酷な温度条件下、例えば車のエンジンルーム内(300℃)や、鉱山における地熱高温下(300℃)での利用等も想定される。 Many of the optical fiber modules having a planar lightwave circuit are used as components supporting large-capacity optical communication, but on the other hand, they are also widely used as optical sensors. When an optical fiber module is used as an optical sensor, it may be used under conditions that are more severe than in the case of optical communications, for example, in a car engine room (300 ° C) or at high geothermal temperatures (300 ° C) in a mine. The
しかしながら、UV硬化接着剤の耐熱温度が、組み上げた光ファイバモジュールの耐熱温度を決定してしまう。そのため、光ファイバモジュールを光センサとして用いる場合における、UV硬化接着剤の耐熱温度を越えるような高温環境下では、光ファイバモジュールの特性を維持することができないという問題があった。 However, the heat resistant temperature of the UV curable adhesive determines the heat resistant temperature of the assembled optical fiber module. Therefore, there is a problem that the characteristics of the optical fiber module cannot be maintained in a high temperature environment exceeding the heat resistant temperature of the UV curable adhesive when the optical fiber module is used as an optical sensor.
例えば、石英系平面光波回路の場合、導波路が石英系材料で構成されている一方で、平面光波回路も石英系材料で構成されているため、500℃を超える温度でも特性を維持できるとも考えられる。しかしながら、上述のように、UV硬化接着剤を使って光ファイバブロックを固定した場合には、組み上げた光ファイバモジュールの耐熱温度は、UV硬化接着剤の耐熱温度で制限される。一般的に、光ファイバモジュールの耐熱温度を超えると、UV硬化接着剤が軟化するため、位置合わせしていた光軸がずれることから、光ファイバモジュールの光損失増大につながる。また、より高温になると、UV硬化接着剤の炭化により接着層がもろくなり、接着していた光ファイバブロックが平面光波回路からはずれることにつながる(例えば、特許文献1参照)。従って、従来のUV硬化接着剤を用いた石英系平面光波回路を使用した光ファイバモジュールの場合、UV硬化接着剤の耐熱温度以上である500℃を超える温度では特性を維持できない。 For example, in the case of a quartz-based planar lightwave circuit, the waveguide is made of a quartz-based material, while the planar lightwave circuit is also made of a quartz-based material, so that the characteristics can be maintained even at temperatures exceeding 500 ° C. It is done. However, as described above, when the optical fiber block is fixed using the UV curable adhesive, the heat resistance temperature of the assembled optical fiber module is limited by the heat resistance temperature of the UV curable adhesive. Generally, when the temperature exceeds the heat resistance temperature of the optical fiber module, the UV curable adhesive is softened, and the optical axis that has been aligned is shifted, leading to an increase in optical loss of the optical fiber module. In addition, when the temperature is higher, the adhesive layer becomes brittle due to carbonization of the UV curable adhesive, and the bonded optical fiber block is detached from the planar lightwave circuit (for example, see Patent Document 1). Therefore, in the case of an optical fiber module using a conventional quartz-based planar lightwave circuit using a UV curable adhesive, the characteristics cannot be maintained at a temperature exceeding 500 ° C. which is higher than the heat resistant temperature of the UV curable adhesive.
一方で、光ファイバ同士を固定する他の技術として、融着により接続する融着接続技術がある。これは、石英光ファイバの永久接続技術として最も一般的な接続方法であり、ガラス同士を直接接合するため、高い温度領域においても利用することが可能である。この方法を石英系平面光波回路に適応して、平面光波回路と光ファイバとを直接融着接続することも研究開発されている。 On the other hand, as another technique for fixing optical fibers, there is a fusion splicing technique for connecting by fusion. This is the most common connection method as a technique for permanently connecting quartz optical fibers, and since glass is directly bonded to each other, it can be used even in a high temperature region. Applying this method to a quartz-based planar lightwave circuit, research and development has also been conducted to directly fuse and connect the planar lightwave circuit and the optical fiber.
しかし、平面光波回路基板の熱容量と光ファイバの熱容量との差が大きいため、光ファイバの融解温度では、平面光波回路の導波路を構成するガラスが融解しない。一方で、平面光波回路の導波路を構成するガラスを融解するように加熱温度を上げると、光ファイバそのものが破損してしまう場合がある。従って、平面光波回路と光ファイバとの融着による接続は困難であった。また、石英系の平面光波回路の場合は融着という手法がとれなくもないが、そもそも、シリコン及び半導体からなる平面光波回路は、この融着技術を用いて光ファイバを固定することが出来ない。 However, since the difference between the heat capacity of the planar lightwave circuit board and the heat capacity of the optical fiber is large, the glass constituting the waveguide of the planar lightwave circuit does not melt at the melting temperature of the optical fiber. On the other hand, when the heating temperature is raised so as to melt the glass constituting the waveguide of the planar lightwave circuit, the optical fiber itself may be damaged. Therefore, it is difficult to connect the planar lightwave circuit and the optical fiber by fusion. In addition, in the case of a quartz-based planar lightwave circuit, a technique called fusion cannot be taken, but in the first place, a planar lightwave circuit made of silicon and a semiconductor cannot fix an optical fiber by using this fusion technique. .
そこで、本発明では、平面光波回路と光ファイバとが接続された光ファイバモジュールを高い温度環境下でも特性を維持するようにした高耐熱性光ファイバモジュールおよびその作製方法を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a highly heat-resistant optical fiber module that maintains characteristics of an optical fiber module in which a planar lightwave circuit and an optical fiber are connected even under a high temperature environment, and a method for manufacturing the same. To do.
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、基板上に光導波路を有する平面光波回路と、少なくとも1芯以上の光ファイバと、前記少なくとも1芯以上の光ファイバを固定し、前記光ファイバを前記平面光波回路に接続するための光ファイバ接続部品と、前記光ファイバ接続部品の前記平面光波回路側の面、及び前記平面光波回路の前記光ファイバ接続部品側の面の間の少なくとも光の伝搬する部分を除く部位に形成された導電性薄膜とを備え、前記導電性薄膜は、マイクロ波により加熱されることにより前記平面光波回路と前記光ファイバ接続部品とを接続し、前記平面光波回路と前記少なくとも1芯以上の光ファイバとが光学的に結合されることを特徴とする。 In order to achieve such an object, the first aspect of the present invention fixes a planar lightwave circuit having an optical waveguide on a substrate, at least one optical fiber, and at least one optical fiber. An optical fiber connecting component for connecting the optical fiber to the planar lightwave circuit, a surface of the optical fiber connecting component on the planar lightwave circuit side, and a surface of the planar lightwave circuit on the optical fiber connecting component side. A conductive thin film formed at a portion excluding at least a portion where light propagates between, and the conductive thin film is heated by microwaves to connect the planar lightwave circuit and the optical fiber connecting component. The planar lightwave circuit and the optical fiber having at least one core are optically coupled.
また、本発明の第2の態様は、第1の態様の光ファイバモジュールであって、前記光ファイバ接続部品の前記平面光波回路側の面と、前記平面光波回路の前記光ファイバ接続部品側の面との間の前記光の伝搬する部位に充填された樹脂をさらに含むことを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, there is provided an optical fiber module according to the first aspect, the surface of the optical fiber connection component on the planar lightwave circuit side, and the surface of the planar lightwave circuit on the optical fiber connection component side. It further includes a resin filled in a portion where the light propagates between the surfaces.
また、本発明の第3の態様は、第1及び第2の態様の光ファイバモジュールであって、前記導電性薄膜は、金属及びカーボン等の導体の粒子、もしくは半導体粒子からなる薄膜、または導体もしくは半導体を分散させたインク及びペースト状の分散物の薄膜であることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, there is provided the optical fiber module according to the first and second aspects, wherein the conductive thin film is a thin film made of conductive particles such as metal and carbon, or semiconductor particles, or a conductor. Alternatively, it is a thin film of ink and paste-like dispersion in which a semiconductor is dispersed.
また、本発明の第4の態様は、基板上に光導波路を有する平面光波回路と少なくとも1芯以上の光ファイバとが光学的に結合された光ファイバモジュールの製造方法であって、前記少なくとも1芯以上の光ファイバを前記平面光波回路に接続するための光ファイバ接続部品の前記平面光波回路側の端面の少なくとも光の伝搬する部位を除く部位、前記平面光波回路の前記光ファイバ接続部品側の端面の少なくとも光の伝搬する部分を除く部位、または前記光ファイバ接続部品の前記平面光波回路側の端面の少なくとも光の伝搬する部位を除く部位と前記平面光波回路の前記光ファイバ接続部品側の端面の少なくとも光の伝搬する部分を除く部位との両方に、マイクロ波照射により加熱可能な導電性薄膜をパターニングするステップと、前記光ファイバと前記平面光波回路との光接続が可能となるように前記光ファイバと前記平面光波回路とを調芯するステップと、前記導電性薄膜と前記平面光波回路とを接触させるステップと、マイクロ波照射により導電性薄膜を加熱し、前記光ファイバ接続部品と前記平面光波回路とを接続するステップとを含むことを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an optical fiber module in which a planar lightwave circuit having an optical waveguide on a substrate and at least one optical fiber are optically coupled. A portion of the end face on the planar lightwave circuit side of the optical fiber connection component for connecting an optical fiber of a core or more to the planar lightwave circuit, at least a portion where light is propagated, on the optical fiber connection component side of the planar lightwave circuit A portion of the end face excluding at least a portion where light propagates, or a portion of the end face of the optical fiber connection component on the planar lightwave circuit side excluding at least a portion where light propagates, and an end face of the planar lightwave circuit on the side of the optical fiber connection component Patterning a conductive thin film that can be heated by microwave irradiation on at least a portion excluding a portion where light propagates; and Aligning the optical fiber and the planar lightwave circuit so as to enable optical connection between the fiber and the planar lightwave circuit, contacting the conductive thin film and the planar lightwave circuit, and microwaves. And heating the conductive thin film by irradiation to connect the optical fiber connecting component and the planar lightwave circuit.
また、本発明の第5の態様は、第4の態様の光ファイバモジュールの製造方法であって、前記光ファイバ接続部品と前記平面光波回路とを接続するステップの後に、前記光ファイバ接続部品の前記平面光波回路側の面と、前記平面光波回路の前記光ファイバ接続部品側の面との間の前記光の伝搬する部位に樹脂を充填するステップをさらに含むことを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided an optical fiber module manufacturing method according to the fourth aspect, wherein after the step of connecting the optical fiber connection component and the planar lightwave circuit, the optical fiber connection component The method further includes the step of filling resin in a portion where the light propagates between a surface on the planar lightwave circuit side and a surface on the optical fiber connection component side of the planar lightwave circuit.
また、本発明の第6の態様は、第4または第5の態様の光ファイバモジュールの製造方法であって、前記導電性薄膜は、金属及びカーボン等の導体の粒子、もしくは半導体粒子からなる薄膜、または導体もしくは半導体を分散させたインク及びペースト状の分散物の薄膜であることを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing the optical fiber module according to the fourth or fifth aspect, wherein the conductive thin film is a thin film made of conductive particles such as metal and carbon, or semiconductor particles. Or a thin film of an ink and a paste-like dispersion in which a conductor or a semiconductor is dispersed.
本発明によれば、高い温度環境下でも特性を維持するように平面光波回路と光ファイバとが接続された耐熱性が高い光ファイバモジュールを提供することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to provide an optical fiber module having high heat resistance in which a planar lightwave circuit and an optical fiber are connected so as to maintain characteristics even under a high temperature environment.
以下、図面を参照しながら本発明の構成について詳細に説明する。 Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[基本構成]
図1は、本発明に係る光ファイバモジュールの基本構成を示す図であり、図1(a)は光ファイバモジュールの光の導波方向の断面図を示し、図1(b)は図1(a)のA−A´における断面図を示し、図1(c)は図1(a)のB−B´における断面図を示す。図1(a)の光ファイバモジュール100は、少なくとも1芯以上の光ファイバ111と、平面光波回路120と、光ファイバ111を平面光波回路120に接続するための光ファイバ接続部品112と、平面光波回路120と光ファイバ接続部品112とを接合する導電性薄膜101とを備える。ここで、平面光波回路120は、基板123と、基板123上の光導波路121と、光導波路121上のヤトイ板122とから構成される。光導波路121は、コア121−1と、コア121−1の周りのクラッド121−2とから構成される。
[Basic configuration]
FIG. 1 is a diagram showing a basic configuration of an optical fiber module according to the present invention. FIG. 1 (a) shows a cross-sectional view of the optical fiber module in the light guiding direction, and FIG. 1 (b) shows FIG. FIG. 1C is a cross-sectional view taken along the line BB ′ of FIG. 1A. 1A includes an
平面光波回路120は、石英系材料またはシリコンで構成されている。また、光ファイバ接続部品112の平面光波回路120側の端面の少なくとも光の伝搬する部位を除く部位に、導電性薄膜101が形成されている。本発明に係る光ファイバモジュール100は、導電性薄膜101を平面光波回路120と光ファイバ接続部品112とを接合するための接着層として用いる。これにより、導電性薄膜101を介して平面光波回路120と光ファイバ接続部品112とを接合することが可能となり、平面光波回路120と光ファイバ111とを光学的に結合することができる。
The
ここで、導電性薄膜101は、金属及びカーボン等の導体の粒子もしくは半導体粒子からなる薄膜、または導体もしくは半導体を分散させたインクやペースト状の分散物の薄膜(特許文献2参照)であり、マイクロ波照射によって瞬時に昇温できるものである。
Here, the conductive
平面光波回路120と光ファイバ接続部品112とを接合する際、従来のように炉等を用いて加熱処理する耐熱性接着剤を用いた場合、耐熱性接着剤の反応・硬化に少なくとも数分以上の熱処理が必要となる。そのため、接合しようとしている平面光波回路120及び光ファイバ接続部品112、またさらにこれらに接続された部品が加熱されることになる。そうすると、これらの部品を構成する部材の熱膨張係数の差により、平面光波回路120と光ファイバ接続部品112との相対位置がずれることになる。そのため、炉等の長時間の熱処理が必要な方法を用いて平面光波回路120と光ファイバ接続部品112とを接合した場合、平面光波回路120と光ファイバ111とを低損失に結合することはできない。
When joining the
一方で、マイクロ波加熱を用いた場合には、導電性薄膜101のみを選択的に短時間に加熱することができる。マイクロ波照射により、導電性薄膜101は瞬時に昇温するため、位置合わせした平面光波回路120と光ファイバ接続部品112との相対位置をほとんど変化させることなく、平面光波回路120と光ファイバ接続部品112とを接合することが可能である。従って、導電性薄膜101を、平面光波回路120と光ファイバ接続部品112とを接合するための接着層として用いることができる。
On the other hand, when microwave heating is used, only the conductive
本発明によると、導電性薄膜101を光ファイバモジュールの各部品の接合材料として使用することにより、高い温度環境下でも特性を維持するように光ファイバと平面光波回路が接続された耐熱性が高い光ファイバモジュールを提供することが可能となる。以下、本発明に係る各実施例を説明する。
According to the present invention, by using the conductive
[実施例1]
図2は、本発明の実施例1に係る光ファイバモジュールを示す図であり、図2(a)は光ファイバモジュールの光の導波方向の断面図を示し、図2(b)は図2(a)のC−C´における断面図を示し、図2(c)は図2(a)のD−D´における断面図を示す。図2(a)の光ファイバモジュール200は、1芯の光ファイバ211と、平面光波回路220と、光ファイバ211を平面光波回路220に接続するためのガラスキャピラリ212と、平面光波回路220とガラスキャピラリ212とを接合する導電性薄膜201とを備える。ここで、平面光波回路220は、基板223と、基板223上の光導波路221と、光導波路221上のヤトイ板222とから構成される。光導波路221は、コア221−1と、コア221−1の周りのクラッド221−2とから構成される。また、ガラスキャピラリ212の平面光波回路220側端面と光ファイバ211端面及び平面光波回路220のガラスキャピラリ212側端面とにおける光の伝搬する部位の隙間には樹脂202が充填されている。
[Example 1]
FIG. 2 is a diagram illustrating the optical fiber module according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2A is a cross-sectional view of the optical fiber module in the light guiding direction, and FIG. FIG. 2C is a cross-sectional view taken along the line CC ′ of FIG. 2A, and FIG. 2C is a cross-sectional view taken along the line DD ′ of FIG. The
本実施例において、平面光波回路220は基板223の材料として石英系材料を用いている。基板223の材料として石英系材料を用いる場合、一般的には基板上は、石英(ガラス)やシリコンの平面基板上に屈折率の高い光導波路221を形成し、スプリッタあるいはアレイ導波路回折格子(AWG)などの光回路を形成している。本実施例では、石英の基板223上に下部クラッド層およびコア層を順に形成し、コア層について光導波路221となる部位を残してエッチングを行い、SiO2を主成分とする上部クラッド層を堆積する方法で平面光波回路220を作製している。
In this embodiment, the
ガラスキャピラリ212は、一般的に市場より調達可能なものを使用することができ、その多くは光ファイバの製造技術と同様に、ガラス母材を線引きし、精度よい寸法の挿入穴を作製したものである。この他に、射出成型や、機械加工により作製される場合が考えられる。本実施例では、ガラスキャピラリ212として、耐熱温度が550℃で半導体シリコンとの熱膨張係数がほぼ一致するガラスを用いたが、この限りではない。
ガラスキャピラリ212が有する挿入穴212−1には光ファイバ211が挿入されており、ガラスキャピラリ212の平面光波回路220側端面には導電性薄膜201がパターニングされている。ガラスキャピラリ212は、平面光波回路220側端面は平坦になっている一方、平面光波回路220側端面と反対側の端面には座繰り212−2が設けられている。光ファイバ211をガラスキャピラリ212に挿入する際、座繰り212−2がないと細い光ファイバをほぼ同径の挿入穴に挿入する作業が非常に困難であるが、座繰り212−2があれば光ファイバ211の挿入そのものがやりやすい。また、挿入穴212−1に光ファイバ211を挿入した際、最終的に光ファイバ211の被覆211−2の先端を収めることができる。光ファイバ211が素線(コア)211−1(ガラスがむき出し)のみの場合は折れやすいが、被覆211−2の一部もガラスキャピラリ212の挿入穴212−1の中に収めると光ファイバ211を折れにくくすることができる。
The
次に、本実施例の光ファイバモジュールのガラスキャピラリ212と平面光波回路220との接合工程について説明する。
まず、ガラスキャピラリ212の平面光波回路220側の面が水平になるよう保持可能な治具に、1又は複数のガラスキャピラリ212を保持し、ガラスキャピラリ212における平面光波回路220側端面に、スクリーン印刷にて、一度に導電性薄膜201のパターニングを行った。導電性薄膜201の厚みは0.3μmとした。
Next, the joining process of the
First, one or a plurality of
その後、ガラスキャピラリ212をセラミックで構成されたL字型治具上に固定し、光ファイバ211をガラスキャピラリ212の挿入穴212−1に挿入し、L字型治具の鉛直面に光ファイバ211およびガラスキャピラリ212の突き当てを実施した。突き当てを実施することで、レーザフリットガラスの表面と光ファイバ211の表面の面位置を一致させることができる。本実施例では、突き当てを実施することにより両表面の面位置が一致した状態から光ファイバを意図的に5μm引き下げた。これは、後にガラスキャピラリ212と平面光波回路220との接続を行った際に、平面光波回路220とガラスキャピラリ212内の光ファイバ211との間に意図的に若干の空壁を設けるためである。光の伝搬方向に対しては結合トレランスが非常に広いため、光ファイバ211を引き下げて逃げを作っておくことで、外気温度が変化した際など部品の温度変化に対して、体積膨張による光学的な変動を少なくすることができる。光の伝搬方向に逃げがないと、平面光波回路220と光ファイバ211が衝突し、場合によっては光ファイバ211が平面光波回路220の基板法線方向等に動くことがあり、光接続損失の増加、変動の要因になる。ただし、光ファイバ211を引き下げずに、平面光波回路220との突き合わせを行うことにより接続しても良い。
Thereafter, the
次に、ガラスキャピラリ212と光ファイバ211とを固定するために、光ファイバ211に樹脂203を滴下してガラスキャピラリ212と光ファイバ211との隙間に充填した。その後、その状態を保持したままオーブンにより光ファイバモジュール200を350℃で1時間加熱した。本実施例においては、被覆がポリイミドで形成され、耐熱温度が300℃(瞬時400℃)の光ファイバを用いる。樹脂203としては、300℃以上の熱を加えると硬化するBCB(Benzocyclobutene)を用いたが、これに限ったものではなく、耐熱性の得られるものであれば良いし、また樹脂203を用いる代わりに、ガラスキャピラリ212内部および光ファイバ211をメタライズして固定する等の方法でも良い。
Next, in order to fix the
続いて、平面光波回路220をステージ上に固定し、光ファイバ211が固定されたガラスキャピラリ212を6軸位置決めステージに保持し、平面光波回路220と光ファイバ211との光接続が可能となるように位置合わせを行った。平面光波回路220と光ファイバ211との光接続を行う際の調芯方法は、従来のUV硬化接着剤で固定された光ファイバブロックの調芯方法と同様である。調芯を行う際は、平行度の調整を行いながら、平面光波回路220の端面とガラスキャピラリ212端面にパターニングされた導電性薄膜201とを接触させ、5μmの隙間を設け、ガラスキャピラリ212の移動が可能な状態で調芯を行なった。そして、調心により光が最も通る状態になってから、ガラスキャピラリ212を光の伝搬方向に移動させて、平面光波回路220とガラスキャピラリ212とを接触させた。
Subsequently, the
その後、マイクロ波加熱装置を用い、波長2.45GHzのマイクロ波をモジュールに照射し、ガラスキャピラリ212端面にパターニングされた導電性薄膜201のみを瞬間的に選択加熱した。この加熱により、平面光波回路220と光ファイバ211が固定されたガラスキャピラリ212とを導電性薄膜201を介して拡散接合した。ガラスキャピラリ212に形成された導電性薄膜201にマイクロ波を照射すると、導電性薄膜201は瞬間的に1000℃以上に加熱される一方、平面光波回路220の各部品の温度は上がらない。従って、導電性薄膜201側から平面光波回路220側へ一方向拡散が生じ、界面において導電性薄膜材成分と平面光波回路部品材成分の固溶・接着が起こる。また、導電性薄膜201とガラスキャピラリ212とにおいても、導電性薄膜201は加熱される一方、ガラスキャピラリ212の温度は上がらない。従って、導電性薄膜201側からガラスキャピラリ212への拡散が起こり、界面において導電性薄膜材成分とガラスキャピラリ材成分の固溶・接着が起こる。これにより、平面光波回路220とガラスキャピラリ212は十分な強度で固定される。
Thereafter, using a microwave heating apparatus, the module was irradiated with microwaves having a wavelength of 2.45 GHz, and only the conductive
その後、平面光波回路220とガラスキャピラリ212及び光ファイバ211との接続端面間にある空気の層に樹脂202を充填する。平面光波回路220とガラスキャピラリ212及び光ファイバ211との接続端面間に樹脂203を充填することで、平面光波回路220とガラスキャピラリ212との接続強度が増す。また、さらに平面光波回路220と光ファイバ211との光接続の損失の低減および反射の削減が可能である。充填後、熱処理にて樹脂202の硬化を行う。
Thereafter, a
平面光波回路220とガラスキャピラリ212との接着に導電性薄膜201を用いた本実施例の構成によると、平面光波回路220と光ファイバ211とを接続する際にUV硬化接着剤を用いる必要がなく、全ての材料が300℃以上の耐熱性を有しているため、従来方法に比べて組み上げた光ファイバモジュール200の耐熱性を大きく向上させることができる。無論、高価な金属ケースやレンズ実装等を経て作った耐熱性の光ファイバモジュールに比べても小型でかつ、低価格な提供が可能である。
According to the configuration of this embodiment in which the conductive
また、石英系ガラスはマイクロ波に対し透明であるため、マイクロ波を照射してもガラスキャピラリ212および平面光波回路220自体は加熱されない。そのため、導電性薄膜201だけが局所的に瞬間的に加熱されて拡散接合し、ガラスキャピラリ212と平面光波回路220との相対的な位置を変化させることなく固定することが可能である。
In addition, since quartz-based glass is transparent to microwaves, the
平面光波回路220とガラスキャピラリ212との位置合わせを行うための装置は、6軸のステージに加えて、光源や透過強度測定器なども含むが、ステージ部分のみをマイクロ波加熱装置内にセットし、ファイバはマイクロ波照射装置に設けられた開口から出し入れする。ステージは、セラミックやプラスチックなどマイクロ波を吸収しない材質から作製されている。
The apparatus for aligning the
さらに、本実施例では、端面が垂直研磨されたガラスキャピラリ212を、同じく端面を垂直研磨した平面光波回路220に接続したが、接続端面による反射を減らしたい場合は、それぞれを数度(8°程度)傾けて研磨すれば、より反射減衰量を低減することが可能である。
Furthermore, in this embodiment, the
[実施例2]
実施例1においては、1芯のガラスキャピラリと平面光波回路とを接続した例を示したが、実施例2では、多芯の光ファイバブロックと平面光波回路とを接続する例を示す。
[Example 2]
In the first embodiment, an example in which a single-core glass capillary and a planar lightwave circuit are connected is shown. In the second embodiment, an example in which a multicore optical fiber block and a planar lightwave circuit are connected is shown.
図3は、本発明の実施例2に係る光ファイバモジュールを示す図であり、図3(a)は光ファイバモジュールの光の導波方向の断面図を示し、図3(b)は図3(a)のE−E´における断面図を示し、図3(c)は図3(a)のF−F´における断面図を示す。図3(a)の光ファイバモジュール300は、少なくとも1つ以上の光ファイバ311と、平面光波回路320と、光ファイバ311を平面光波回路320に接続するためのV溝基板312と、光ファイバ311をV溝基板312に押さえつけるリッド313と、平面光波回路220とV溝基板312とを接合する導電性薄膜301とを備える。ここで、平面光波回路320は、基板323と、基板323上の光導波路321と、光導波路321上のヤトイ板322とから構成される。光導波路321は、コア321−1と、コア321−1の周りのクラッド321−2とから構成される。また、V溝基板312及びリッド313の平面光波回路320側端面と、光ファイバ311端面及び平面光波回路320のV溝基板312側端面とにおける光の伝搬する部位の隙間には樹脂302が充填されている。
FIG. 3 is a diagram illustrating an optical fiber module according to Embodiment 2 of the present invention. FIG. 3A is a cross-sectional view of the optical fiber module in the light guiding direction, and FIG. FIG. 3C is a cross-sectional view taken along the line EE ′ of FIG. 3A, and FIG. 3C is a cross-sectional view taken along the line FF ′ of FIG. The
V溝基板312は、厚さ1mm、幅3mm、長さ8mmのガラス基板に機械加工を用いてV溝を形成後、先端から4mmの部分に光ファイバの被覆を収める箇所の座繰りを機械加工により形成することによって作製される。光ファイバ311は、被覆がポリイミドで形成された耐熱性のある光ファイバであって、具体的には耐熱温度が300℃(瞬時400℃)のものを用いる。リッド313は、幅3mm、長さ4mmのV溝基板312と同様のガラス基板で構成される。
The V-
実施例2では機械加工を用いてV溝基板312を作製したが、V溝基板312は従来の通信で用いられるものと何ら変わらないものであるため、プレス加工等を用いて用意してもよい。また、V溝基板312は、複数のV溝を整列させているが、実施例1と同じく1芯の光ファイバを接続するために1つのV溝を設けてもよい。V溝基板312およびリッド313では、耐熱温度が550℃であり、半導体シリコンとの熱膨張係数がほぼ一致するガラス基板を用いたが、本発明においてこれらに限定されることはない。
In the second embodiment, the V-
次に、本実施例の光ファイバモジュールのV溝基板312と平面光波回路320との接合工程について説明する。
Next, the bonding process between the V-
まず、V溝基板312およびリッド313についてそれぞれ、最終的に光接続が行われる面に対して研磨を実施し、その研磨面に導電性薄膜301を形成する。V溝基板312およびリッド313の研磨面が水平になるよう保持可能な治具に、仮組したV溝基板312およびリッド313(光ファイバブロック)を保持し、スクリーン印刷にて、導電性薄膜301を形成する。導電性薄膜301は、リッド313の研磨面には研磨面の外周50μmを除いた全面に、V溝基板312の研磨面には後に光ファイバ311が挿入されるV溝付近および50μmの外周を除いた部分に対して形成する。導電性薄膜301の厚みは0.3μmとする。
First, each of the V-
形成したV溝基板312を、加熱ができる真空穴が形成されたステージ上に配置し、先端被覆を剥いてクリーブした光ファイバ311を、図3に示されるようにV溝基板312のV溝に挿入した後、リッド313により光ファイバ311を押さえ付ける。光ファイバ311のクリーブ面と、V溝基板312およびリッド313の導電性薄膜301が形成された面とを任意の基準面に押し付けた状態で機械的に保持し、組みあげたV溝基板313、光ファイバ311およびリッド313の側面の片側から樹脂303を挿入して隙間を充填する。その後、組みあげたV溝基板312、光ファイバ311およびリッド313を250℃まで加熱し、その後60分放置し、これらの部材の固定を行った。
The formed V-
次に、光ファイバ311の被覆を収めるV溝基板312の座繰り箇所にて、耐熱性樹脂を用いて光ファイバ311を被覆ごと固定することにより、実施例2に係る光ファイバブロックを作製した。
Next, an optical fiber block according to Example 2 was manufactured by fixing the
作製した光ファイバブロックと、石英基板323上に多芯の入出力導波路を設けた平面光波回路320とを、実施例1と同じ方法により調芯し、マイクロ波照射を行うことにより導電性薄膜301を瞬間的に選択加熱し、固定した。 The produced optical fiber block and the planar lightwave circuit 320 provided with a multi-core input / output waveguide on the quartz substrate 323 are aligned by the same method as in the first embodiment, and are subjected to microwave irradiation to thereby form a conductive thin film. 301 was instantaneously selectively heated and fixed.
本実施例のように、多芯の光ファイバ311が挿入された光ファイバブロックを用いた場合であっても、本発明に係る導電性薄膜301を用いて耐熱性を大きく向上させた光ファイバモジュールを提供することが可能である。
Even in the case of using an optical fiber block in which a multi-core
実施例1および2では、光ファイバブロック又はガラスキャピラリ側に導電性薄膜をパターニング形成しているが、逆に平面光波回路側に導電性薄膜を形成し、位置合わせしてから固定しても同じであることは言うまでもない。 In Examples 1 and 2, the conductive thin film is formed by patterning on the optical fiber block or glass capillary side, but conversely, the conductive thin film is formed on the planar lightwave circuit side and fixed after alignment. Needless to say.
[変形例]
実施例1および2では、平面光波回路の基板は石英系材料で構成されているが、基板をシリコンで構成した場合、シリコンはマイクロ波に対して透明ではないためマイクロ波のエネルギー吸収が起こる。吸収されたエネルギーは熱に変換されて、基板周辺の平面光波回路の温度を短時間であるが上昇させる。この温度上昇により基板を含めた平面光波回路の体積膨張が起こるために、位置合わせしていた光ファイバとの光軸がずれることが考えらえる。平面光波回路と光ファイバとの接続点におけるモードフィールドが大きい場合は多少のズレ(<1μm)は問題とはならないが、モードフィールドが小さい場合などは瞬時の温度上昇と言うことができ、問題となることがある。
[Modification]
In Examples 1 and 2, the substrate of the planar lightwave circuit is made of a quartz-based material. However, when the substrate is made of silicon, microwave energy absorption occurs because silicon is not transparent to microwaves. The absorbed energy is converted into heat, which raises the temperature of the planar lightwave circuit around the substrate for a short time. Since the volume expansion of the planar lightwave circuit including the substrate occurs due to this temperature rise, it can be considered that the optical axis of the aligned optical fiber is shifted. When the mode field at the connection point between the planar lightwave circuit and the optical fiber is large, a slight deviation (<1 μm) is not a problem, but when the mode field is small, it can be said that the temperature rises instantaneously. May be.
そこで、シリコン基板を平面光波回路に用いた場合は、マイクロ波加熱の選択加熱性をより強めるため、金属系粒子とカーボン系粒子が混合された材料(特許文献2および特許文献3参照)を導電性薄膜として用いればよい。それにより、マイクロ波照射により導電性薄膜のみが選択的に加熱され、シリコン基板を用いた平面光波回路であっても温度上昇を抑え、平面光波回路と光ファイバとの位置ずれを抑制することができる。 Therefore, when a silicon substrate is used for a planar lightwave circuit, a material in which metal particles and carbon particles are mixed (refer to Patent Document 2 and Patent Document 3) is conductive in order to further enhance the selective heating property of microwave heating. May be used as a conductive thin film. As a result, only the conductive thin film is selectively heated by microwave irradiation, and even in a planar lightwave circuit using a silicon substrate, temperature rise can be suppressed and positional deviation between the planar lightwave circuit and the optical fiber can be suppressed. it can.
平面光波回路の基板がInPなどの他の半導体材料であっても、本変形例と同様に導電性薄膜にマイクロ波吸収のより強い材料を用いることで、温度上昇を抑え、平面光波回路と光ファイバとの位置ずれを抑制することができる。 Even if the substrate of the planar lightwave circuit is other semiconductor material such as InP, the temperature rise is suppressed by using a material with stronger microwave absorption for the conductive thin film as in this modification, and the planar lightwave circuit and the optical A positional deviation with respect to the fiber can be suppressed.
100、200、300 光ファイバモジュール
101、201、301 導電性薄膜
111、211、311 光ファイバ
112 光ファイバ接続部品
120、220、320 平面光波回路
121、221、321 光導波路
121−1、221−1、321−1 コア
121−2、221−2、321−2 クラッド
122、222、322 ヤトイ板
123、223、323 基板
202、203、302、303 樹脂
211−1、311−1 コア
211−2、311−2 被覆
212 ガラスキャピラリ
212−1 挿入穴
212−2 座繰り
312 V溝基板
313 リッド
100, 200, 300
Claims (6)
少なくとも1芯以上の光ファイバと、
前記少なくとも1芯以上の光ファイバを固定し、前記光ファイバを前記平面光波回路に接続するための光ファイバ接続部品と、
前記光ファイバ接続部品の前記平面光波回路側の面、及び前記平面光波回路の前記光ファイバ接続部品側の面の間の少なくとも光の伝搬する部分を除く部位に形成された導電性薄膜と
を備え、前記導電性薄膜は、マイクロ波により加熱されることにより前記平面光波回路と前記光ファイバ接続部品とを接続し、前記平面光波回路と前記少なくとも1芯以上の光ファイバとが光学的に結合されることを特徴とする光ファイバモジュール。 A planar lightwave circuit having an optical waveguide on a substrate;
An optical fiber having at least one core;
An optical fiber connecting component for fixing the optical fiber of at least one core and connecting the optical fiber to the planar lightwave circuit;
A conductive thin film formed at a portion excluding at least a portion where light propagates between a surface of the optical fiber connection component on the planar lightwave circuit side and a surface of the planar lightwave circuit on the optical fiber connection component side. The conductive thin film is heated by microwaves to connect the planar lightwave circuit and the optical fiber connection component, and the planar lightwave circuit and the optical fiber having at least one core are optically coupled. An optical fiber module.
前記少なくとも1芯以上の光ファイバを前記平面光波回路に接続するための光ファイバ接続部品の前記平面光波回路側の端面の少なくとも光の伝搬する部位を除く部位、前記平面光波回路の前記光ファイバ接続部品側の端面の少なくとも光の伝搬する部分を除く部位、または前記光ファイバ接続部品の前記平面光波回路側の端面の少なくとも光の伝搬する部位を除く部位と前記平面光波回路の前記光ファイバ接続部品側の端面の少なくとも光の伝搬する部分を除く部位との両方に、マイクロ波照射により加熱可能な導電性薄膜をパターニングするステップと、
前記光ファイバと前記平面光波回路との光接続が可能となるように前記光ファイバと前記平面光波回路とを調芯するステップと、
前記導電性薄膜と前記平面光波回路とを接触させるステップと、
マイクロ波照射により導電性薄膜を加熱し、前記光ファイバ接続部品と前記平面光波回路とを接続するステップと
を含むことを特徴とする光ファイバモジュールの製造方法。 A method of manufacturing an optical fiber module in which a planar lightwave circuit having an optical waveguide on a substrate and at least one core optical fiber are optically coupled,
A portion of the end face on the planar lightwave circuit side of the optical fiber connection component for connecting the at least one core optical fiber to the planar lightwave circuit, at least a portion where light is propagated, and the optical fiber connection of the planar lightwave circuit A part of the end surface on the component side excluding at least a portion where light propagates, or a part of the end surface on the planar lightwave circuit side of the optical fiber connection part excluding a portion where light propagates and the optical fiber connection part of the planar lightwave circuit Patterning a conductive thin film that can be heated by microwave irradiation on at least a portion of the side end face excluding a portion where light propagates; and
Aligning the optical fiber and the planar lightwave circuit so as to enable optical connection between the optical fiber and the planar lightwave circuit;
Contacting the conductive thin film with the planar lightwave circuit;
Heating the conductive thin film by microwave irradiation, and connecting the optical fiber connecting component and the planar lightwave circuit. A method of manufacturing an optical fiber module, comprising:
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