JP2782931B2 - 導波路型光デバイス - Google Patents

導波路型光デバイス

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JP2782931B2 JP2228045A JP22804590A JP2782931B2 JP 2782931 B2 JP2782931 B2 JP 2782931B2 JP 2228045 A JP2228045 A JP 2228045A JP 22804590 A JP22804590 A JP 22804590A JP 2782931 B2 JP2782931 B2 JP 2782931B2
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Description

【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わり、特に、導波
路基板端面に光学的に結合される光ファイバの端末構造
に関する。
〔従来の技術〕
導波路型光デバイスは、強誘電体や半導体材料から成
る基板中に、光を閉じ込めて導波させるための導波路と
して屈折率の高い部分が形成されており、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
を変調したり、あるいは光路を切り換えたりする。こう
した導波路型光デバイスの一例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ある。これは、
基板にチタン膜(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
拡散して光導波路を形成し、これに二酸化シリコンバッ
ファ層(SiO2バッファ層)を成膜し、その上面に金属膜
により電極を形成し、これを機能素子とした光デバイス
である。
こうして作製された光導波路素子はウェハー切断後、
端面研摩されチップ化され、さらに光導波路と光ファイ
バ間が光軸調整、固定された後、筐体に実装された筐体
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。
この導波路型光デバイスはスイッチング機能を基板上
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。一方、これらの導波路型光デバイスは
数GHzの高速動作が可能なことから超高速大容量伝送用
の外部光変調器としても大きく期待され開発が進められ
ている。
こうした次世代光通信用デバイスである導波路型光デ
バイスは光導波路素子そのものの特性、信頼性の向上は
もちろん重要であるが、導波路基板と光ファイバの光軸
結合、固定部の構造も実用化の上で非常に重要な問題と
なっている。すなわち、従来の光デバイスはLD、APDモ
ジュールをはじめメカニカル光スイッチ、光合分波器等
の受動デバイスも殆どがレンズを用いて光学的に光ファ
イバと光素子を結合させていたが、導波路型光デバイス
では基板端面と光ファイバ端面を直接突き合わせて結合
させるバットジョイント方式の方が効率的であり、この
ため従来と全く異なる光軸固定構造となるからである。
こうした導波路基板と光ファイバの端面同士突き当て
て固定する構造として、従来は第4図に示すように光フ
ァイバ素線1の先端端面を折り出して、導波路基板2の
端面に突き当てて光軸調整固定し、光ファイバ素線1の
先端部と導波路基板2の端面の接触部分に紫外線硬化接
着剤3を塗布し、光ファイバの周りを固着する方法があ
る。
なお、第4図において、符号4は導波路基板2を保持
する保持ガラス、5は導波路基板2の上側に配置された
上ヤトイ、6は光導波路を示す。また、先述の方法であ
るとデバイスの周囲の温度変化等によって固着部の接着
剤3が収縮し結合が不安定になるので、これを改良する
ために、第5図に示すように、光ファイバ素線1の先端
にこれとほぼ同じ内径を有する外径約0.5mm程度のビー
ズ7を嵌め、このビーズ7の周囲に接着剤を塗布して固
着する方法も提案されている。なお、光導波路6が形成
された導波路基板2、保持ガラス4、上トヤイ5の構成
は第4図と同様である。
〔発明が解決しようとする課題〕 しかるに、従来の第4図に示した構造では接着部分が
極めて少ないため強度的に弱く、また、接着剤3が不均
一であると周囲の温度変化等で接着剤3が収縮し導波路
基板2と光ファイバ素線1の光軸ずれを起こしてしま
う。また、第5図に示した方法では接着剤の収縮による
影響は幾分少ないが、やはり強度が弱いことや光ファイ
バ素線1で固着しているため振動、衝撃等の外力に対し
ても問題があった。
本発明の目的は上述した問題点に鑑みなされたもの
で、導波路基板と光ファイバの光軸調整固定が容易にで
き、しかも温度変化に対し安定で耐振動、衝撃性の高い
光軸固定構造が実現出来る導波路型光デバイスを提供す
るにある。
〔課題を解決するための手段〕
請求項1記載の発明では、光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前記光導波路に光学
的に結合固定された光ファイバから成るる導波路型光デ
バイスにおいて、光ファイバの少なくとも光ファイバ素
線のむき出された全領域が円筒状のパイプ内に収容され
ており、光ファイバを収容した状態で先端を研摩仕上げ
したこの円筒状のパイプがこれよりわずかに大きい内径
を有するリングに嵌合され、円筒状パイプ先端端面とリ
ングの平端面が前記導波路基板の端面に密着されて固定
されていることを特徴としている。
〔作用〕
請求項1記載の発明によれば、一旦光ファイバを円筒
状パイプに収容することで光ファイバの先端部分の強度
が大きくなり、したがって外力に対して強くなり、耐振
動、衝撃が増すばかりでなく、リングを任意の大きさに
できるため接着面積を増やし導波路基板との固着強度を
増すことができる。また、光ファイバ先端も円筒状パイ
プに収容した状態で先端を研摩仕上げでき、突き当て面
全体を平坦にできるため接着層が均一になるため周囲の
温度変化に対しても安定した状態になる。
一方、こうした上述の方法でも十分な安定性と信頼性
が実現できるが、屋外で使用される光計測器やホスタイ
ル対応等温度変化の厳しい条件で用いられる場合、より
安定した光軸固定構造が求められる。また、使用温度範
囲が非常に大きい場合、上述の構造では円筒状パイプと
リングの熱膨張係数に差がある場合、温度変化により先
端に断差が生じ、光ファイバ端面と導波路基板の間で剥
離を起こす場合がある。
そこで、請求項2記載の構成とすることにより、周囲
の温度変化に影響されないため端面で剥離が生じること
がなく、より安定で高信頼な導波路型光デバイスの光軸
固定構造か実現できる。
〔実施例〕
次に、本発明の実施例を図面を用いて説明する。
第1図は、本発明の導波路型光デバイスの光軸固定部
の縦断面図であり、導波路基板10にLiNbO3を用いてTi拡
散により光導波路11を形成し、さらに電極を導波路基板
10の上面に設けた光変調器(図示せず)に適用されたも
のである。光導波路11を有する導波路基板10は両端上部
に同一のLiNbO3から成る上ヤトイ12を、かつ下部全体に
はほぼ熱膨張係数の等しい材料から成る保持ガラス13を
接着剤により貼り合わせ、両端面を光学研磨した導波路
チップに光ファイバ14を光軸固定した構成より成る。光
軸固定される光ファイバ14は先端の光ファイバ素線15が
先端部にこの光ファイバ素線15の外形よりわずかに大き
い内径を有する先端セラミック16を有する円筒状の金属
パイプ17に収容、固着されている。
また、光ファイバ14を収容する金属パイプ17の外形よ
りわずかに大きい内径を有し、先端部にフランジをもつ
ステンレスリング18を金属パイプ17に嵌合させ、先端面
を合わせた状態で導波路基板10の端面に突き合わせ、光
ファイバ素線15と光導波路11を光軸調整している。調整
後、光ファイバ素線15を収容する先端セラミック16およ
びステンレスリング18と導波路基板10の端面の間に接着
剤19を充填し硬化させて両者を固定している。
第4図および第5図に示す従来の光軸固定構造と本発
明の光軸固定構造の安定性と信頼性を比較するために−
10〜60℃の温度範囲の温度特性、同じ温度範囲の温度サ
イクル試験、さらに50Gから500Gまでの衝撃試験とJISに
基づく振動試験を実施した。第4図に示した構造では温
度特性試験において、特に高温状態で挿入損失変動が2d
bと非常に大きかったのに対し、第5図および本発明の
構造ではどちらも損失変動は0.2dbと温度変化に対して
安定した結果が得られた。
また、温度サイクル試験においても1000サイクル経過
後も損失変動は両者とも1db以下であり安定していた。
ところが、衝撃試験においては本発明の構造は200Gから
500Gに衝撃力を増加させても全く損失変動はなかった
が、第5図に示す構造のものは100Gで挿入損失が約3db
も増加し、200Gでは光ファイバ素線1が破損してしまっ
た。振動試験においても本発明の構造では振動印加前後
で挿入損失に変化はなかったが、第5図に示す構造のも
のはやはり光ファイバ素線1の部分が破損してしまっ
た。このことから本発明の光軸固定構造を用いると温度
変化に対しても外力に対しても非常に安定した状態であ
り高信頼化が期待できる。
上述の固定構造でも実用上十分な安定性が得られる
が、さらに広い温度変化に対しても安定するように、第
2図および第3図に示した固定構造を有する導波路型光
デバイスも本発明により適用できる。第2図および第3
図に示した固定構造において光ファイバ素線15は内径12
6μmのジルコニアセラミックから成るセラミックフェ
ルール20に収容されていると共に、このセラミックフェ
ルール20には、セラミックフェルール20の外形2mmより
わずかに大きい内径を持つ同じジルコニアセラミックか
ら成るセラミックリング21が嵌合され、第1図の固定構
造と同一の手順で光軸調整固定されたものである。本構
造を用いると光軸固定部が温度変化や外力によって光軸
ずれを起こさないだけでなく、高温状態や低温状態でも
円筒状パイプとリングの熱膨張係数差によって端面に不
要な力が働き断差を生じることがないので、端面剥離を
起こすことがなく、さらに広い温度範囲での使用が可能
となる。なお、第2図、第3図において、導波路基板1
0、光導波路11、上ヤトイ12、保持ガラス13等の構成は
上述した第1図のものと同様であるのでその説明は省略
する。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明によれば、光ファイバの少
なくとも光ファイバ素線のむき出された全領域が円筒状
のパイプ内に収容されるので、光ファイバ素線が外部に
むき出しになる部分がなく、導波路型光デバイスの製造
時および完成後の強度が強くまた信頼性も高くなる。ま
た、本発明によれば円筒状のパイプ内に光ファイバを収
容した状態で先端を平面状に研摩仕上げすることができ
るので、導波路の端面と接着した場合に、突き合わせの
状態がよく、接触面積も大きくできるので、この意味で
も製品の強度を高めることができる。
さらに、光ファイバを収容する円筒状パイプとこれと
嵌合するリングの材料を同一材料にすれば、温度変化に
よって起こる両部材の熱膨張差に起因する端面剥離を防
ぐことで使用温度範囲を拡張でき、より安定で高信頼な
導波路型光デバイスを実現できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の導波路型光デバイスの光軸固定部の縦
断面図、第2図および第3図は本発明の他の実施例の導
波路型光デバイスの光軸固定部の縦断面図と斜視図、第
4図および第5図はそれぞれ従来の導波路型光デバイス
の光軸固定部の斜視図である。 10……導波路基板、 11……光導波路、 14……光ファイバ、 15……光ファイバ素線、 17……金属パイプ、 18……ステンレスリング、 20……セラミックフェルール、 21……セラミックリング。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】光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前記光導波路に光学的に結合固定さ
    れた光ファイバから成る導波路型光デバイスにおいて、 前記光ファイバの少なくとも光ファイバ素線のむき出さ
    れた全領域が円筒状のパイプ内に収容されており、前記
    光ファイバを収容した状態で先端を平面状に研摩仕上げ
    したこの円筒状のパイプがこれよりわずかに大きい内径
    を有するリングに嵌合され、前記円筒状パイプ先端端面
    と前記リングの平端面が前記導波路基板の端面に密着さ
    れて固定されていることを特徴とする導波路型光デバイ
    ス。
  2. 【請求項2】前記光ファイバを収容する円筒状パイプと
    このパイプに嵌合するリングが同一の材料で構成されて
    いることを特徴とする請求項1記載の導波路型光デバイ
    ス。
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