JP2773265B2 - 光導波路と光ファイバの接続方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔目 次〕 概要 産業上の利用分野 従来の技術 発明が解決しようとする課題 課題を解決するための手段 作用 実施例 本発明を説明する工程図（第１図） 他の実施例を示す図（第２図，第３図） 発明の効果 〔概 要〕 光通信システム等の光回路構成部品における光導波路
と光ファイバの接続方法に関し、 機械的強度や耐温度安定性等の接続特性向上と量産性
向上による生産性の向上を目的とし、 導波路基板の光導波路形成面の該光導波路と直交する
方向に該光導波路を切断し且つ所定の光ファイバの外径
の1/2以上の深さの溝をブレード・ソーによって形成し
た後、幅が該溝幅より広く且つ片面の該幅と直交する方
向に上記溝と等しい溝を備えた平板ブロックを、該平板
ブロックの溝が上記導波路基板の溝と対向するように該
導波路基板上に配置して接着固定し、該溝のほぼ中心線
上で該導波路基板を上記平板ブロックと共に上記溝幅よ
り薄いブレード・ソーで切断して上記光導波路の切断端
面を底面に持つ溝を形成し、該溝に光ファイバをその端
面側から挿入して上記光導波路と該光ファイバの光軸を
合致させた後、該光ファイバを上記導波路基板および平
板ブロックと接着固定して構成する。

また、導波路基板の光導波路形成面の該光導波路と直
交する方向に該光導波路を切断し且つ所定の光ファイバ
の外径の1/2以上の深さの溝をブレード・ソーによって
形成した後、幅が該溝幅より広く且つ片面の該幅方向に
上記所定の光ファイバが外径の1/2以上が収容できる大
きさのＶ溝を備えた平板ブロックを、該Ｖ溝が上記光導
波路を跨ぐように該導波路基板の上記溝上に配置して接
着固定し、該導波路基板の溝のほぼ中心線上で該導波路
基板を上記平板ブロックと共に上記溝幅より薄いブレー
ド・ソーで切断して上記光導波路の切断端面を底面に持
つガイド孔を形成し、該ガイド孔に光ファイバをその端
面側から挿入して該光ファイバを上記導波路基板および
平板ブロックと接着固定して構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は光通信システム等の光回路構成部品に係り、
特に機械的強度や耐温度安定性等の接続特性向上と量産
性向上による生産性の向上を図った光導波路と光ファイ
バの接続方法に関する。

〔従来の技術〕

第４図は従来の光導波路と光ファイバの接続方法の例
を示した図であり、（イ）は光導波路と光ファイバの各
端面を直接接触させる方法を示しまた（ロ）は他の接続
方法を説明する図である。

第４図（イ）ので、１は例えばリチウム・ナイオベ
ート（LiNbO₃）等からなる導波路基板,2は該基板１の表
面に例えば幅ａが７μm,深さｂが約４μｍの断面が半円
状の光導波路である。

また３は該基板１と同じ材料からなるブロックであ
り、該ブロック３を上記光導波路２を挟み込む形に上記
基板１の表面に接着固定した後上記光導波路２と直交す
るように上記基板１と共に該ブロック３を切断し、更に
その切断面を光学研磨して上記光導波路２の断面が露出
する端面Ｓを有する光導波路接合部４を構成している。

一方における光ファイバ固定具５は、例えば２個の
等しいシリコン（Si）基板5aのそれぞれに異方性エッチ
ング技術によって所定のＶ溝5bを形成した後、該各Ｖ溝
5bが対向するように２個のシリコン基板5aを配置し接着
等の手段で両者を固定したものである。

そこで、該光ファイバ固定具５に形成される角孔部分
に例えば外径が125μｍの光ファイバ６を挿入し上記角
孔部分と該光ファイバ６の隙間に紫外線硬化型樹脂の如
き接着剤７を注入して該光ファイバ６を上記固定具５に
固定し、更に該光ファイバ６と直交する面で該固定具５
を光ファイバ６と共に切断し更に該切断面を光学研磨し
てに示す如く光ファイバ６の断面が露出する端面Ｓ′
を備えた光ファイバ接合部８を形成している。

そこで、光導波路２の光軸と光ファイバ６の光軸が合
うように図示破線の如くに上記端面ＳとＳ′を対面させ
て接着固定し両者を接続しているが、はその接続部分
を示す断面図である。

なおで、6aは光ファイバ６のコアである。

かかる接続方法では、光導波路２と光ファイバ６の接
合面が共に研磨されているため光の接合特性がよく、更
に両者を広い面積で接着固定するため密着強度が強い利
点があるが、光導波路接合部４と光ファイバ接合部８の
材料が異なっているため膨張係数の差で温度変化時の密
着強度が低下したり上記接着面の多少の傾きによって導
波路端面と光ファイバ端面の間に隙間が生じて結合特性
の低下を招く欠点がある。

他の接続方法を示す図（ロ）で、は上記と同様の
光導波路接合部４を示したものである。

またに示す光ファイバ接合部９は、例えば先端部10
aが凸の半球状に形成された図（イ）の光ファイバ６と
同じ太さの光ファイバ10の該先端部の近傍に、例えばル
ビー等で形成された外径が1mm程度のリング状のルビー
ビーズ11を固定したものである。

そこで、光導波路２の光軸と光ファイバ10の光軸が合
うようにの端面Ｓと光ファイバ10の先端部10aを接触
させ、その際に生ずる該端面Ｓと上記ルビービーズ11の
対向面間の隙間に図（イ）同様の接着剤７を充填固定す
ると断面図に示す状態とすることができる。

なお図の10bは該光ファイバ10のコアである。

かかる接続方法の場合には、接合面に多少の傾きがあ
っても光導波路２と光ファイバ10の先端部10aすなわち
コア10bがその光軸部分で接触することになるため光の
接合特性が低下することがなく更に両者を広い面積で接
着固定するため図（イ）の場合と同様に密着強度が強
い。

しかし、ルビービーズ11と光導波路端面Ｓとの間に多
量の接着剤７が介在するために温度変化時の該接着剤７
の収縮，膨張によって密着強度の低下を避けることがで
きない等の欠点がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の光導波路と光ファイバの接続方法では、接続の
機械的強度や温度等に対する安定性，光結合特性の低下
抑制等を同時に満足させることができないと言う問題が
あり、また光導波路と光ファイバの接続を個々に行わな
ければならないために量産的でなく生産性の向上が期待
できないと言う問題があった。

〔課題を解決するための手段〕

上記問題点は、導波路基板の光導波路形成面の該光導
波路と直交する方向に該光導波路を切断し且つ所定の光
ファイバの外径の1/2以上の深さの溝をブレード・ソー
によって形成した後、幅が該溝幅より広く且つ片面の該
幅と直交する方向に上記溝と等しい溝を備えた平板ブロ
ックを、該平板ブロックの溝が上記導波路基板の溝と対
向するように該導波路基板上に配置して接着固定し、該
溝のほぼ中心線上で該導波路基板を上記平板ブロックと
共に上記溝幅より薄いブレード・ソーで切断して上記光
導波路の切断端面を底面に持つ溝を形成し、該溝に光フ
ァイバをその端面側から挿入して上記光導波路と該光フ
ァイバの光軸を合致させた後、該光ファイバを上記導波
路基板および平板ブロックと接着固定する光導波路と光
ファイバの接続方法によって解決される。

また、導波路基板の光導波路形成面の該光導波路と直
交する方向に該光導波路を切断し且つ所定の光ファイバ
の外径の1/2以上の深さの溝をブレード・ソーによって
形成した後、幅が該溝幅より広く且つ片面の該幅方向に
上記所定の光ファイバが外径の1/2以上が収容できる大
きさのＶ溝を備えた平板ブロックを、該Ｖ溝が上記光導
波路を跨ぐように該導波路基板の上記溝上に配置して接
着固定し、該導波路基板の溝のほぼ中心線上で該導波路
基板を上記平板ブロックと共に上記溝幅より薄いブレー
ド・ソーで切断して上記光導波路の切断端面を底面に持
つガイド孔を形成し、該ガイド孔に光ファイバをその端
面側から挿入して該光ファイバを上記導波路基板および
平板ブロックと接着固定する光導波路と光ファイバの接
続方法によって解決される。

〔作 用〕

導波路基板と光ファイバを広い面積で接着固定し且つ
光導波路端面と光ファイバ端面の間に介在する接着剤の
量を少なくすれば、接続の機械的強度や温度等に対する
安定性を落とすことなく，光結合特性の低下が抑制でき
る。

また最近のブレード・ソーで切断した光導波路の切断
断面は光学研磨面と同等の平滑面に形成される。

本発明では、複数の光導波路が形成されているウェー
ハ状の導波路基板の該光導波路形成面の光導波路と直交
する方向に少なくとも光導波路の断面が露出する所定深
さの溝をブレード・ソーで形成した後、該溝に沿う該溝
上に該溝幅より広く且つ片面に光ファイバを位置決めす
る溝を備えた平板ブロックを該平板ブロックの溝と上記
基板の溝を対応させて配置固定し、更に上記基板の溝の
長手方向に沿う中央で該基板を上記ブロックと共に切断
し、その際に現出する底面に光導波路の切断端面を持つ
溝部分に光ファイバをその先端端面から挿入し固定する
ことによって光導波路と光ファイバを接続するようにし
ている。

従って効率のよい光導波路と光ファイハの接続が行な
えると共に、光ファイバの端面以外の部分で該光ファイ
バが固定できるため機械的強度や耐温度安定性等の接続
特性が優れた光導波路と光ファイバの接続方法を得るこ
とができる。

〔実施例〕

第１図は本発明を説明する工程図であり、第２図およ
び第３図は他の実施例を示す図である。

なお図では、外径が125μｍの光ファイバを使用する
場合について説明する。

第１図（Ａ）で、例えばリチウム・ナイオベート（Li
NbO₃）等からなるウェーハ状の導波路基板15の表面には
光導波路16が複数個等間隔平行に形成されている。

そこで該基板15の光導波路16形成面の該光導波路16と
直交する方向に、幅Ｗが数mmで深さＴが使用する光ファ
イバの外径の少なくとも1/2をカバーする深さ例えば100
μｍの溝15aをブレード・ソーで切断すると図（Ｂ）に
示す状態となる。

この場合該溝15aの両側壁面15bには、光学研磨面と同
等の平滑度を備えた上記光導波路16の切断端面16aが露
出することになる。

次いで図（Ｃ）のように、該溝15a上に該溝15aを覆う
ように例えば幅W₁が10mm,厚さT₁が0.5〜1mmで該導波路
基板15をカバーするに足る長さのリチウム・ナイオベー
トからなる平板ブロック17を紫外線硬化型樹脂等の接着
剤18で接着固定するが、該ブロック17の上記基板15に対
面する面には深さT₂が上記基板15の溝15aの深さＴと等
しい100μｍで幅が上記基板15の溝15aの幅Ｗと等しい数
mmの溝17aが形成されている。

ここで該基板15を溝15aの中心線Ｃ上で該ブロック17
と共に切断すると２個の同形状の導波路基板を得ること
ができる。

図（Ｄ）はその片側を示した図であり、図（D₁）は該
基板を図示矢印方向から見た図である。

この場合、図（Ｄ）および図（D₁）に示す如く上記平
板ブロック17の溝17aの奥部には、図（Ｂ）で説明した
光導波路16の端面16aが溝15aの壁面15b上に整列した状
態で露出している。

次いで、該基板15の溝15aの底面15cと上記平板ブロッ
ク17のＶ溝17aの底面17bで挟まれた領域に図（D₁）の破
線で示すように外径が125μｍの光ファイバ19をその端
面側から挿入し、該光ファイバ19の端面を上記導波路基
板15に形成した溝15aの壁面15bと接触させたまま該光フ
ァイバ19を図示矢印Ｆの方向に移動させて該光ファイバ
19の光軸を上記光導波路16の光軸と合致する位置を見出
し、その状態で周囲の隙間に接着剤20を充填して該光フ
ァイバ19を基板15および平板ブロック17に接着固定して
図（Ｅ）に示す状態とする。

なおこの場合には光ファイバ19の一方向の移動で容易
に光導波路16の光軸と光ファイバ19の光軸を合致させる
ことができる。

図（E₁）は図（Ｅ）を光ファイバ19の中心軸に沿って
垂直に切断した断面を示したもので、19aは該光ファイ
バ19のコアを示している。

かかる接続方法では、光ファイバは基板15の溝15aの
底面15cと平板ブロック17の底面17bではさまれた領域で
固定されるため接合の機械的強度が高いと共に、光導波
路と光ファイバの各接合面間に介在させる接着剤を少な
くして耐温度安定性等の接続特性を向上させることがで
きる。

更に複数の光導波路接合部を同時に形成できることか
ら効率のよい光導波路と光ファイバの接続を行うことが
できる。

なお図（Ｆ）に示すような所要の光導波路16と光ファ
イバ19の接続部は、図（Ｅ）における各光導波路と光フ
ァイバの接続部を切断分離して得ることができる。

他の実施例を示す第２図で、（１）は第１図（Ｄ）で
説明した光導波路側の接合部を示し、図の15は導波路基
板,17は平板ブロックを示している。

なお15aは該導波路基板に形成した溝を、15bは該溝15
aの壁面であり、該壁面15bには図示されない光導波路16
の端面16aが露出していることは第１図で説明した通り
である。

また（２）は第４図（ロ）ので説明した光ファイバ
接合部９である。

ここで該光ファイバ接合部９の先端部を図示矢印の如
く該光ファイバ10の先端部10aが上記壁面15bに接触する
まで（１）で示す光導波路側の接合部の溝に挿入する
が、この際上記光ファイバ接合部９のルビービーズ11の
光ファイバ先端側の端面11aが上記光導波路側接合部の
基板15および平板ブロック17の各切断面15dおよび17cと
対面することになる。

この状態で該光ファイバ接合部９を第１図の場合と同
様に溝内で移動して光導波路16の光軸と光ファイバ10の
光軸とを合致させ、両者を接着固定すると図（３）に示
す状態とすることができる。

この場合の接着は上記の対面するルビービーズ11の端
面11aと上記光導波路側接合部側の上記各切断面15d,17c
との間で行うことができる。

図（3₁）は接着状態を示す断面図であり、図の７は接
着剤を表わしている。

この場合には光ファイバ10の先端周囲には多量の接着
剤を必要としないため第４図の（ロ）で説明した如き温
度変化時の接着剤７の収縮，膨張による密着強度の低下
は発生しない。

図（４）は完成体を示す外観図である。

また他の実施例を示す第３図で、（ａ）は第１図
（Ｂ）同様の導波路基板を示したもので、溝15aの両側
壁面15bには光学研磨面と同等の平滑度を備えた光導波
路16の端面16aが露出している。

次いで図（ｂ）のように、該溝15aを覆うように幅W₁
が10mm,厚さT₁が0.5〜1mmで該導波路基板15をカバーす
るに足る長さのリチウム・ナイオベートからなる平板ブ
ロック21を紫外線硬化型樹脂等の接着剤20で接着固定す
るが、該ブロック21の上記基板15に対面する面には深さ
ｄが150μｍでその頂角αが90度のＶ溝21aが各光導波路
16と対応する位置に該光導波路16と平行に且つ幅W₁の全
長にわたって形成されている。

従って図（ｂ）の状態では、各光導波路16の上面にＶ
溝21aによる三角状の貫通孔がトンネル状に形成されて
いることになる。

ここで該導波路基板15を溝15aの中心線Ｃ上で該ブロ
ック21と共に切断すると２個の同形状の導波路基板を得
ることができる。

図（ｃ）はその片側を示しまた図（D₁）は該導波路基
板を図示矢印方向から見た図である。

この場合、図（ｃ）および図（c₁）に示す如く上記平
板ブロック21の各Ｖ溝21aの奥部には、図（ａ）で説明
した光導波路16の端面16aが溝15aの壁面15bと共に露出
している。

次いで、導波路基板15の溝15aの底面15cと上記平板ブ
ロック21のＶ溝21aの壁面21bで挟まれた領域に図（c₁）
の破線で示すように外径125μｍの第１図同様の光ファ
イバ19をその端面側から挿入し、該光ファイバ19の端面
が上記導波路基板15の壁面15bと接触した状態で該光フ
ァイバ19の外周部の隙間に第１図の場合と同様の接着剤
20を充填して該光ファイバ19を導波路基板15および平板
ブロック21に接着固定すると図（ｄ）に示す状態にする
ことができる。

なおこの場合には上記平板ブロック21のＶ溝21aが光
ファイバ19の挿入時のガイドとなるため、容易に光導波
路16の光軸と光ファイバ19の光軸を合致させることがで
きる。

図（d₁）は図（ｄ）を光ファイバ19の中心軸に沿って
垂直に切断した断面を示したもので、19aは該光ファイ
バ19のコアを示している。

かかる光導波路と光ファイバとの接続方法では、光フ
ァイバは導波路基板15の溝15aの底面15cと平板ブロック
21のＶ溝21aで囲まれた領域で固定されるために接合の
機械的強度を上げることができると共に、光導波路と光
ファイバの各接合面間に介在させる接着剤を少なくして
耐温度安定性等の接続特性を向上させることができる。

また図（ｅ）に示すような所要の光導波路16と光ファ
イバ19の接続部が、図（ｄ）における各光導波路と光フ
ァイバの接続部を切断して得られることは第１図の場合
と同様である。

なお、上記平板ブロック21に設けるＶ溝を半径が100
μｍ程度の半円状溝にしても同等の効果が得られること
を実験的に確認している。

〔発明の効果〕

上述の如く本発明により、機械的強度や耐温度安定性
等の接続特性向上と量産性向上による生産性の向上を図
った光導波路と光ファイバの接続方法を提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を説明する工程図、 第２図および第３図は他の実施例を示す図、 第４図は従来の光導波路と光ファイバの接続方法の例を
示した図、 である。図において、 7,18,20は接着剤、９は光ファイバ接合部、 10,19は光ファイバ、11はルビービーズ、 10aは先端部、11a,16aは端面、 15は導波路基板、15aは溝、 15b,21bは壁面、15c,17bは底面、 15d,17cは切断面、16は光導波路、 17,21は平板ブロック、 17a,17b,は底面、19aはコア、 21aはＶ溝、 をそれぞれ表わす。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】導波路基板（15）の光導波路形成面の該光
   導波路（16）と直交する方向に該光導波路（16）を切断
   し且つ所定の光ファイバの外径の1/2以上の深さの溝（1
   5a）をブレード・ソーによって形成した後、 幅が該溝幅より広く且つ片面の該幅と直交する方向に上
   記溝と等しい溝（17a）を備えた平板ブロック（17）
   を、該平板ブロック（17）の溝（17a）が上記導波路基
   板（15）の溝（15a）と対向するように該導波路基板（1
   5）上に配置して接着固定し、 該溝（15a）のほぼ中心線上で該導波路基板（15）を上
   記平板ブロック（17）と共に上記溝幅より薄いブレード
   ・ソーで切断して上記光導波路（16）の切断端面（16
   a）を底面に持つ溝を形成し、 該溝に光ファイバ（19）をその端面側から挿入して上記
   光導波路（16）と該光ファイバ（19）の光軸を合致させ
   た後、該光ファイバ（19）を上記導波路基板（15）およ
   び平板ブロック（17）と接着固定することを特徴とした
   光導波路と光ファイバの接続方法。
2. 【請求項２】前記の光導波路の切断端面を底面に持つ溝
   に挿入する光ファイバが、 該光ファイバの先端部近傍に該光ファイバの先端部が突
   出するようにビーズ状リングが固定されていることを特
   徴とした請求項１記載の光導波路と光ファイバの接続方
   法。
3. 【請求項３】導波路基板（15）の光導波路形成面の該光
   導波路（16）と直交する方向に該光導波路（16）を切断
   し且つ所定の光ファイバの外径の1/2以上の深さの溝（1
   5a）をブレード・ソーによって形成した後、 幅が該溝幅より広く且つ片面の該幅方向に上記所定の光
   ファイバが外径の1/2以上が収容できる大きさのＶ溝（2
   1a）を備えた平板ブロック（21）を、該Ｖ溝（21a）が
   上記光導波路（16）を跨ぐように該導波路基板（15）の
   上記溝（15a）上に配置して接着固定し、 該導波路基板（15）の溝（15a）のほぼ中心線上で該導
   波路基板（15）を上記平板ブロック（21）と共に上記溝
   幅より薄いブレード・ソーで切断して上記光導波路（1
   6）の切断端面（16a）を底面に持つガイド孔を形成し、 該ガイド孔に光ファイバ（19）をその端面側から挿入し
   て該光ファイバ（19）を上記導波路基板（15）および平
   板ブロック（21）と接着固定することを特徴とした光導
   波路と光ファイバの接続方法。