JP2682209B2 - 導波路型光デバイス - Google Patents

導波路型光デバイス

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JP2682209B2
JP2682209B2 JP2206516A JP20651690A JP2682209B2 JP 2682209 B2 JP2682209 B2 JP 2682209B2 JP 2206516 A JP2206516 A JP 2206516A JP 20651690 A JP20651690 A JP 20651690A JP 2682209 B2 JP2682209 B2 JP 2682209B2
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は導波路型光デバイスに係り、特に導波路基板
を収容する筐体の光ファイバ取出し部の気密化構造を改
良した導波路型光デバイスに関する。
〔従来の技術〕
一般に、導波路型光デバイスは、強誘導体や半導体材
料からなる基板中に、光を閉じ込めて導波させる屈折率
の高い導波路を形成したものとされている。この導波路
の上部または近傍に、電圧を印加するための電極が形成
されている。この電極に外部から電圧を印加することに
よって基板中の導波路の屈折率を変化させ、光の位相や
強度の変調あるいは光路の切換えが行われる。
従来、このような導波路型光デバイスとして、強誘電
体材料の中で比較的高い電気光学効果を有するニオブ酸
リチウム基板(LiNbO3基板)を用いた光デバイスが知ら
れている。この光デバイスは、第3図および第4図に示
すように、LiNbO3基板1にチタン膜(Ti膜)を成膜し、
所望の導波路パターンにパターニングした後、1000℃前
後の高温で数時間熱拡散して導波路2を形成し、これに
二酸化シリコンバッファ層(SiO2層)3を成膜し、その
上面に金属膜により電極4を形成し、これを機能素子と
した光デバイスである。
このようにして製作された光導波路素子はウェハ切断
後、端面研摩されてチップ化され、さらに光導波路と光
ファイバとの光軸調整および固定の後、筐体に実装され
る。そして、筐体に設けられた信号端子と光導波路素子
の電極パッド間がワイヤボンディングにより接続され
る。
第3図および第4図に示した光導波路型デバイスは、
方向性結合型光スイッチであり、その作動原理を簡単に
説明する。上述のように、LiNbO3基板1に一定の長さで
近接した部分を有する2本の導波路2が形成されてお
り、この2本の導波路2の上部にSiO2バッファ層3を介
して金属膜からなる電極4が形成されている。電極4に
電圧が印加されていない状態では、2本の近接した導波
路2間でモード結合が起り、一方の導波路2Aから入力さ
れた光は、他方の導波路2Bへ移行する。近接部分の長さ
を導波路2の製作条件に応じて適当に選択すると、導波
路2Aからの光は略100%導波路2Bへ移行させることがで
きる(この場合の近接部の長さは「完全結合長」と呼ば
れる)。一方、導波路2の上部に設けられた2本の電極
4の片方をグランドにし、他方に電圧を印加すると、第
4図に示すように、基板1中の導波路2に縦方向に電界
Cが発生し、LiNbO3基板のもつ電気光学効果により導波
路2の屈折率が変化し、2本の導波路2の結合状態が変
化し、印加電圧を適当な電圧値に設定すると、導波路2A
から入力した光をそのまま導波路2Aから出力させること
ができる。このようにして導波路2を用いてスイッチン
グ機能を実現できる。
このような導波路型光デバイスは、上述したスイッチ
ング機能を基板状に集積できることから、光交換システ
ム用マトリクス光スイッチや、OTDR用の光路切換え用光
スイッチとして開発が進められている。また、光を高速
に変調することができるので、大容量光通信用の外部変
調器としても実用化が期待されている。
第5図および第6図は、それぞれ異なる導波路型光デ
バイスの構造を示している。
通常、導波路型デバイスでは、導波路への入力用とし
て、チップ両端面に光ファイバが固着される。そこで第
5図のものでは、光ファイバ5が両端面に固着された導
波路基板1を筐体6に実装する際に、予め筐体5の側面
に上部からU溝7を設けておき、このU溝7部分に光フ
ァイバ5をのせて樹脂8により固着し、筐体6にカバー
9を被せている。なお10は上ヤトイである。
また第6図のものでは、素線にメタライズされた光フ
ァイバ5を、予め筐体6の側面に設けられた孔11から挿
入して、導波路と光軸調整した後、筐体6と素線の隙間
をハンダ12により固着し、気密化を図っている。
〔発明が解決しようとする課題〕
ところで、導波路型光デバイスの実用化に当たって
は、高い信頼性を得るために特に耐湿性を十分検討する
必要がある。すなわち、導波路デバイスは前述のよう
に、基板中に形成された数μmの幅の導波路の上部に、
これと同程度の数μm幅の電極が形成されており、スイ
ッチングさせるには通常、数Vから100V程度の電圧をこ
の電極に印加する。すると、特に高湿度中では、電極近
傍で空気中の水分の電気分解が起こり、電極が著しく劣
化するのである。また、導波路と光ファイバとの固着
は、両者を直接当接して行うので、接着剤を用いて行わ
れることが多いが、接着剤は一般に湿度に対して弱く、
この点でも耐湿性を高めておく必要がある。さらに、導
波路素子と信号端子間の接続には、ワイヤボンディング
が用いられるのが一般的であり、やはり耐湿性が重要と
なる。
従来の導波路型光スイッチにおいては、第5図のもの
では、筐体6の側面にU溝7を設け、このU溝7に光フ
ァイバ5を樹脂8により固着するため、十分な気密がな
されず、高湿下では信頼性が低下する。また、第6図に
示すものでは、光ファイバ5と筐体6との隙間をハンダ
12により埋めるため、第4図のものに比して耐湿性は優
れるが、予め光ファイバ5を筐体6の側面の孔11に通
し、先端に端末付をしなければならないうえ、光ファイ
バ素線をメタライズして素線の状態で先端に端末を付け
なければならず、これが非常に困難である。また、導波
路との光軸調整および固定作業については、光ファイバ
5を筐体6側面の孔11から通した状態で、筐体6の内部
で行われなければならず、著しく作業性が悪い。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、容
易かつ確実に筐体内部の気密化が実現でき、導波路素子
および電極の信頼性向上、導波路と光ファイバとの固着
箇所やワイヤボンディング部の信頼性向上等が図れる導
波路型光デバイスを提供することを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
本発明では、導波路が形成された導波路基板と、この
導波路基板の端面で導波路と光学的に結合される第1の
光ファイバと、これら導波路基板および第1の光ファイ
バを収容する筐体と、この筐体の外側で第1の光ファイ
バと光学的に結合される第2の光ファイバとを備えた導
波路型光デバイスにおいて、(イ)導波路基板の端面側
にはフランジ付金具のフランジ側端面が固着され、この
フランジ付金具の他端面には光ファイバ端末が取り付け
られており、第1の光ファイバの一端はこのフランジ付
金具に開けられた穴を貫通して導波路基板の端面に光軸
調整されて固着されており、(ロ)第1の光ファイバと
第2の光ファイバとの接続部はそれぞれ芯出しされたフ
ェルールに収容されるとともに、これらのフェルールを
筐体の側面に設けたスリーブに挿入され互いに当接して
光学的に接続されていることを特徴としている。
このような構造によって、本発明では気密性の向上を
図り、前記した目的を達成している。
〔実施例〕
以下、本発明の一実施例を第1図および第2図を参照
して説明する。なお、本実施例は導波路型光スイッチに
ついてのもので、電圧を外部より印加することにより、
光をオン・オフできる機能を有するものである。
本実施例では、導波路が形成された導波路基板21と、
この導波路基板21の端面で導波路と光学的に結合される
第1の光ファイバ22と、これら導波路基板21および第1
の光ファイバ22を収容する筐体23と、この筐体23の外側
で第1の光ファイバ22と光学的に結合される第2の光フ
ァイバ24とが備えられ、第1の光ファイバ22と第2の光
ファイバ24との接続部が共に芯出しされたフェルール25
(25a、25b)に収容されるとともに、このフェルール25
が筐体23の側面に設けたスリーブ26に挿入されて、互い
に当接することにより光学的に接続されている。
導波路基板21はLiNbO3基板とされており、Ti膜を成膜
して方向性結合パターンを形成し、熱拡散した後、SiO2
バッファ層を介してCr−Au電極を形成し、チップ化して
導波路素子としたものである。また、導波路基板21には
保持ガラス27および上ヤトイ28が設けられ、これらは導
波路基板21の切断後に接着して端末研摩されている。第
1の光ファイバ22の一端には光ファイバ端末29が取付け
られており、フランジ付金具30を用いて導波路基板21に
光軸調整された後、接着剤により固着されている。
光軸調整は、第1の光ファイバ22の他端に設けられた
第1のフェルール25aに、光入出力用ファイバである第
2の光ファイバ24を接続することにより行われている。
そして、第1のフェルール25aが、筐体23の側面に設け
られたスリーブ26に挿入され、導波路基板21が筐体23に
固着されている。さらに、信号入力端子31と導波路基板
21の電極とが、ボンディングワイヤ32により接続されて
いる。
また、スリーブ26には、第2の光ファイバ24の先端に
設けられた第2のフェルール25bが筐体23の外側から挿
入され、この第2のフェルール25bの外端部にキャップ
状のフェルール金属部33がシーム溶接部34により固着さ
れている。
なお、筐体23とスリーブ26との固着、および筐体23の
外側にある第2のフェルール25bとフェルール金属部33
との固着は、共にろう付けまたは溶接による接合部37で
なされている。また、第2の光ファイバ24と第2のフェ
ルール25bとの固着は、低融点ガラス38を用いて行われ
ている。
以上の如く構成された本実施例の導波路型光デバイス
によると、芯出しされた第1のフェルール25aに収容さ
れた第1の光ファイバ22を、導波路基板21に光軸固定
し、この導波路基板21の筐体23に実装する一方で、これ
とは別の芯出しされた第2のフェルール25bに収容され
た第2の光ファイバ24を、筐体23の外側に用意する。そ
して、筐体23の側面に設けられたスリーブ26を用いて筐
体23の内側と筐体23の外側とで光ファイバ22、24を嵌合
させる。これにより、両光ファイバ22、24を容易に接続
でき、しかも接続後は筐体23の外側のフェルール金属部
33と筐体23とをシーム溶接することにより、筐体23の光
ファイバ取出し部を容易に気密化することができる。
本実施例の導波路型光スイッチについて、耐湿性評価
として高温高湿試験を行ったところ、以下の結果が得ら
れた。なお、本実施例の導波路型光スイッチと、第5図
に示した樹脂を用いた従来の導波路型光スイッチとを比
較した。試験条件は60℃、95%であり、従来の導波路型
光スイッチでは約200時間の連続使用でスイッチング特
性に劣化が生じ、十分なスイッチング機能を果たさなく
なった。特に電圧を印加した状態で、光が完全にオフ状
態とならなくなることから、湿度が樹脂部分から筐体内
部に侵入し、電極を部分的に破壊したものと推定され
る。また、約600時間後には、試料の一部に全く動作し
ないものが見られた。カバーを外し、内部を観察する
と、導波路基板の電極と信号入力端子とを接続するボン
ディングワイヤが、湿気によると考えられる腐食により
電極膜からはずれていた。
これに対し、本実施例の導波路型光スイッチでは、約
1500時間経過後も特性劣化は認められず、従来例のよう
な不具合はなんら生じることなく、正常な動作が持続し
た。したがって、本実施例によれば、完全な気密化が図
れ、デバイス全体の耐湿性を飛躍的に向上できることが
確認された。
なお、実施例では、導波路型光デバイスのなかでも最
も単純な構成の光スイッチに適用したが、これに限らず
種々の構成の導波路型光デバイスに適用できることは勿
論である。例えば2×2光スイッチのように、片側に複
数の光ファイバを有する光デバイスに適用する場合に
は、筐体の側面にその個数のスリーブを設ける構成とす
ればよい。
〔発明の効果〕
以上のように、本発明によれば、筐体の側面にスリー
ブを設け、筐体内側の光ファイバと、デバイス本体の外
側にある光ファイバとを、スリーブ内で突合わせて接続
させることにより、容易かつ確実に筐体内部の気密化が
実現でき、これにより、導波路素子の特性変化の防止お
よび電極の信頼性向上が図れ、さらに導波路と光ファイ
バとの固着箇所やワイヤボンディング部等の信頼性向上
も図れる等の優れた効果が奏される。
また、本発明では導波路型光デバイスを、導波路が形
成された導波路基板と、この導波路基板の端面で導波路
と光学的に結合される第1の光ファイバと、これら導波
路基板および第1の光ファイバを収容する筐体と、この
筐体の外側で第1の光ファイバと光学的に結合される第
2の光ファイバとを備えた構造としたので、気密性がよ
いだけでなく、作業性もよい導波路型光デバイスを実現
することができる。しかも導波路基板の端面側にはフラ
ンジ付金具のフランジ側が固着されているので、固着面
積を確保することで光ファイバ端末の固定が強固に行わ
れることになり、第1の光ファイバの先端と導波路基板
の端面との光学的な結合が安定するという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す縦断面図、第2図は第
1図の要部拡大図、第3図は導波路型光デバイスである
方向性結合型スイッチ素子作動原理を示す上面図、第4
図は第3図のIV−IV線断面図、第5図は従来例を示す斜
視図、第6図は他の従来例を示す斜視図である。 21……導波路基板、 22……第1の光ファイバ、 23……筐体、24……第2の光ファイバ、 25(25a、25b)……フェルール、 26……スリーブ。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】導波路が形成された導波路基板と、この導
    波路基板の端面で導波路と光学的に結合される第1の光
    ファイバと、これら導波路基板および第1の光ファイバ
    を収容する筐体と、この筐体の外側で第1の光ファイバ
    と光学的に結合される第2の光ファイバとを備えた導波
    路型光デバイスにおいて、 前記導波路基板の端面側にはフランジ付金具のフランジ
    側端面が固着され、このフランジ付金具の他端面には光
    ファイバ端末が取り付けられており、第1の光ファイバ
    の一端はこのフランジ付金具に開けられた穴を貫通して
    導波路基板の端面に光軸調整されて固着されており、 第1の光ファイバと第2の光ファイバとの接続部はそれ
    ぞれ芯出しされたフェルールに収容されるとともに、こ
    れらのフェルールを筐体の側面に設けたスリーブに挿入
    され互いに当接して光学的に接続されていることを特徴
    とする導波路型光デバイス。
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