JP2613880B2

JP2613880B2 - 光導波路と光ファイバの接続方法

Info

Publication number: JP2613880B2
Application number: JP62085777A
Authority: JP
Inventors: 靖久谷澤
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1987-04-09
Filing date: 1987-04-09
Publication date: 1997-05-28
Anticipated expiration: 2012-05-28
Also published as: JPS63253312A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、光通信や光情報処理装置等で使用される光
デバイスの光接続方法に関し、特に基板上に設けた光導
波路中に、光を閉じ込めて制御を行う導波型デバイスと
光ファイバとの接続方法に関する。

〔従来の技術〕

光通信技術の発展に伴って、益々高度の性能および機
能をもった光デバイスの実現が望まれている。例えば、
光伝送路網の交換機能、光データパスにおける端末間高
速切り換え機能等を実現するために、高速、広帯域の光
スイッチが必要であり、光信号の多重化、端末への分配
等を行うためには、多チャネルの分波器、スターカプラ
等のデバイスが必要である。

現在実用化されている上述のような機能をもつ光デバ
イスは、主として従来のプリズム、マイクロレンズ等を
使ったバルク形のデバイスであり、スイッチ速度、多重
度等の性能面で不充分であり、また形状が大きくて集積
化に不向きである等の問題がある。このような問題を解
決する手段として、基板上に設置した光導波路を用いて
光を制御する導波型の光デバイスの開発が進められてい
る。導波型光デバイスは、光が微少な導波路中に閉じ込
められて、位相や偏向が利用できるので、小型で集積化
に適したデバイスであり、また非常に高効率の光制御デ
バイス、例えば光スイッチ、光変調器が実現できる。

導波型光デバイスを光通信システムに適用する場合、
入出力部に光ファイバを接続する必要があるが、従来、
その接続には光ファイバを個々に光導波路端面に対し、
光軸方向と光軸に垂直な２方向に光軸調整して、光導波
路端面に固着する方法がとられている。また、光スイッ
チや光分岐のように、入出力部が複数あって、光導波路
端面で複数の光ファイバとの光接続が必要な導波型デバ
イスに対しては、従来は、光導波路の配列間隔に一致し
た間隔のＶ溝をシリコン基板等にエッチングにより作製
し、あらかじめこのシリコン基板上のＶ溝に光ファイバ
を配置して、光ファイバの間隔を光導波路間隔に合致す
るようにして光ファイバを前述のように調整、固着させ
る方法がとられている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述した従来の光導波路と光ファイバの接続方法は、
端面同志を接続する場合、光導波路および光ファイバと
もその光フィールド分布の拡がりは、通常10μｍ程度
か、それ以下であるので非常に高精度の調整を必要と
し、多大の調整工数を必要としている。また、光導波路
および光ファイバ両者を固着する場合には、接着剤や金
属融着が使われるが、完全に固着されるまでに位置ずれ
を生じやすく、僅かの位置ずれでも結合損失が増大して
しまうので、低損失で安定な光デバイスが実現しにくい
という欠点があった。

また、特に光導波路端面に複数の入出力部が近接して
存在する多チャネル光導波路の場合、結合する光ファイ
バアレイの配列ピッチを合致させるため、エッチングに
よって形成されたＶ溝に一旦光ファイバを配置した上
で、光導波路にこの光ファイバアレイを結合させる。こ
の場合、光導波路に対する位置だけでなく、光導波路の
基板表面と光ファイバアレイの光ファイバ配設方向の角
度調整も行わねばならず、これに要する調整工数もさら
に増大し、また固着時の損失増加も大きなる。さらに、
この光ファイバアレイの光ファイバの本数が多くなった
場合、光ファイバアレイ自体が大きな寸法となり、光導
波路と光ファイバアレイを光軸調整した後に、固着させ
る構造を設計すること自体が非常に困難である。以上の
ような理由により安価で高性能の光ファイバ端子をもっ
た導波型デバイスが得られないという問題があった。

本発明の目的は、上述の従来の光接続方法の欠点を除
き、調整が容易で固着時の損失増加が小さく、経時変化
の少ない高信頼性のある光導波路と光ファイバの接続方
法を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の光導波路と光ファイバの接続方法は、光導波
路が形成された第１の基板と、１本又は複数本の光ファ
イバを配置固定する基板と、これら２つの基板を共通に
保持する第３の基板とを備えていることを前提としてい
る。

まず、第３の基板上に第２の基板を固着し、光導波路
が形成された第１の基板を第３の基板の表面に配置す
る。そして、第１の基板の表面を原点として第３の基板
の表面までの高さ（光導波路基板の厚み）を測定する。

次に、第１の基板を第３の基板上から取り除き、第１
の基板の高さから求まる光導波路の光伝搬方向に中心軸
が、第２の基板に配列された光ファイバのコアの中心軸
に一致する高さとなるように、第２の基板にＶ溝又は矩
形溝を加工する。

再び、第１の基板を第３の基板上に載置して第１の基
板の光伝搬方向に直角な端面を、第２の基板の溝に直角
な端面に突き合わせながら、第３の基板上で第１の基板
を水平方向に位置調整する。この際、光導波路と光ファ
イバとの位置調整は、第１の基板と第２の基板にあらか
じめ細線を所定の位置に、すなわち細線どうしが一致し
たときに中心軸も一致するようにパターニングしてお
き、この細線を一致させることにより行う。

なお、上述のような非常に高精度な幅と深さ、および
配列ピッチをもつ溝を加工する手段として、ダイシング
ソーによる機械的切削加工が有効である。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を、図面に基づいて説明す
る。

第１図は、本発明の光導波路と光ファイバの接続方法
の一実施例が提供された２×2E光スイッチの斜視図であ
る。第１の基板１は、 LiNbO₃基板からなっており、この第１の基板１の表面
にはTi拡散により光導波路２、３、４、５が形成されて
いる。光導波路２と３および４と５は、それぞれ600μ
ｍの間隔を有している。

光導波路２、３に結合する入出力部の光ファイバ６、
７および光導波路４、５に結合する入出力部の光ファイ
バ８、９は、第２の基板11および12にそれぞれ固着され
ている。第２の基板11、12には、後述するダイシングソ
ーにより、光ファイバ固定用のＶ溝13、14および15、16
が形成されている。第３の基板17は、第１の基板１と第
２の基板11、12をそれぞれ保持する共通基板である。

第１の基板１と接合する第２の基板11、12の面の間隔
は、あらかじめ第１の基板１の光伝播方向の長さより５
〜10μｍ広くなるように、ゲージで間隔が保たれてい
る。第２の基板11、12は、第３の基板17にろう付けで固
定されている。一方、第２の基板11、12の表面に加工さ
れた４本のＶ溝13〜16は、光ファイバ６〜９が配置され
た時に、光導波路２〜５と光ファイバ６〜９が、光学的
に最適に結合されるように、光ファイバ６〜９のコア18
の中心が、第１の基板１の表面（上面）より2.5μｍ下
方になるように加工されている。

第２図は、上記の加工の状態を示している。Ｖ溝13の
頂角は90゜、第１の基板１と同じ高さでの溝開口幅は、
183μｍであり、外径125μｍの光ファイバ６をこのＶ溝
13に配置したときに、光ファイバ６のコア18の中心の高
さは、第１の基板１の表面より2.5μmm低い所に位置し
ている。このようにすることにより、第１の基板１に形
成された光導波路２〜５と光ファイバ６〜９は、常に高
さ方向が最適な位置にあることになる。

光導波路２〜５の水平方向の調整は、第１の基板１を
第３の基板17上で、Ｖ溝13〜16に対し直角方向にスライ
ドさせながら、第１の基板１と第２の基板11、12にパタ
ーニングされた細線（図示略）を顕微鏡で見合わせるこ
とによって行われ、本調整後の第１の基板１は、第３の
基板17に接着固定される。なお、上記細線はあらかじめ
所定の位置に、すなわち細線どうしが一致したときに中
心軸も一致するように、第１の基板１に光導波路２〜５
を形成する際、あるいは第２の基板11、12にＶ溝13〜16
を加工する前に形成しておけばよい。

第３図は、以上説明した本発明の光導波路と光ファイ
バの結合構造の結合手順を示した図である。第３図
（ａ）は、第１の基板１の第３の基板17上に置いて、基
板厚測定器の触針21により、第３の基板17の表面を高さ
原点にとり、第３の基板17からの第１の基板１の高さを
測定している状態を示している。第３図（ｂ）は、第１
の基板１の高さ測定後、周面がＶ形状の砥石の高さを、
Ｖ溝14に光ファイバ７を配置したときに光ファイバのコ
ア18の中心が第１の基板１の表面より2.5μｍ下方にく
るように設定し、第１の基板１を一旦第３の基板17から
外し、ダイシングソー22により、第２の基板11、12の表
面にＶ溝13、14を加工することを示している。第３図
（ｃ）は、第２の基板12にＶ溝13〜16を加工後、最び第
１の基板１を第３の基板17に載せ、かつ光フィイバ６〜
９をそれぞれＶ溝13〜16上に配列するとともに矢印方向
に進ませて第１の基板１の端面にそれぞれ突き当ててい
る。この後、第１の基板１を第３の基板17上でＶ溝13〜
16に対し直角方向にスライドさせて、光導波路２〜５と
光ファイバ６〜９をそれぞれ最適な位置になるように調
整していることを示している。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の光導波路と光ファイバ
の接続方法では、光導波路の厚みを個々に測定して、そ
れに合わせて第２の基板にＶ溝を加工しているので、光
導波路基板の厚み、および光ファイバの配置、固定する
基板の高さの精度は低くてもよくなる。また、高さ方向
には光導波路と光ファイバの結合が最適になるように溝
深さが設定されているので、結合の際、深さ方向の調整
は全く必要ない。

また、水平方向の位置合わせも、光導波路基板を、共
通の第３の基板の上に載せ、光導波路端面と光ファイバ
端面を突き合わせながら、横方向にスライドさせるだけ
で行うことができる。この際、本発明では、基板上にあ
らかじめパターニングして、目合わせにより位置合わせ
しているが、実際に光を入射して、結合状態を観測しな
がら位置合わせを行うこともできる。

さらに、光導波路が多チャンネルであって、複数の光
ファイバとの結合が必要な場合にも、光ファイバとの結
合が必要な場合にも、光ファイバ配置固定用の溝を、光
導波路の配列ピッチに合わせて加工しておくことによ
り、１本の光ファイバを位置合わせするのと全く同じ方
法で行うことができる。この際、光ファイバアレイ角度
調整は不要である。次に、光導波路基板と光ファイバを
固着する場合、光導波路基板は、上記両基板を保持する
共通の第３の基板に底面を密着させて、また、光ファイ
バは基板に形成された溝にはめ込んで行うので、固着時
の位置ずれや経時劣化は極めて少ない。

このように、本発明の光導波路と光ファイバの接続方
法を適用することにより、調整工数が少なくて生産性が
高く、かつ安価で信頼性の高い光ファイバ端子付導波路
型光デバイスの実現が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光導波路と光ファイバの接続方法の一
実施例が適用された２×2EO光スイッチの斜視図、第２
図は２×2EO光スイッチの光導波路と光ファイバ配列用
の第２の基板のＶ溝の位置関係を示す端面図、第３図は
２×2EO光スイッチにおける本発明の光導波路と光ファ
イバの結合手順を示す斜視図である。１……第１の基板（LiNbO₃基板）、２、３、４、５……光導波路、６、７、８、９……光ファイバ、 11、12……第２の基板、 13、14、15、16……Ｖ溝、 17……第３の基板（共通基板）、 18……コア、22……ダイシングソー。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】光導波路が形成された第１の基板と、光フ
ァイバを配置する溝を基板表面に有する第２の基板と、
前記第１の基板と第２の基板を保持する第３の基板とを
有し、第１の基板の光導波路と第２の基板の前記溝に配
置された光ファイバを光学的に接続する方法において、第３の基板上に第２の基板を固着し、第１の基板を第３
の基板上に載置して第１の基板の表面を原点として第１
の基板の高さを測定し、この後、第１の基板を第３の基板上から取り除き、ダイシングソーを適用して第１の基板の高さから求まる
光導波路の光伝搬方向の中心軸が、第２の基板に配列さ
れた光ファイバのコアの中心軸に一致する高さとなるよ
うに第２の基板の溝を形成し、再び第１の基板を第３の基板上に載置して第１の基板の
光伝搬方向に直角な端面を、第２の基板の溝に直角な端
面に突き合わせながら、第３の基板上で第１の基板を水
平方向に位置調整して、第１の基板と第２の基板に予めパターニングされた細線
を一致させることで第１の基板の光導波路と第２の基板
の前記溝に配置された光ファイバの位置を合致させるこ
とを特徴とする光導波路と光ファイバの接続方法。