JP2814620B2 - 光導波路デバイスへの光ファイバ結合方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 光導波路デバイスへの光ファイバ結合方法に関し、 光導波路デバイスの微小な光導波路の入出射口へ光フ
ァイバを簡易に，かつ、効率よく結合することを目的と
し、 基板上に少なくとも光導波路が形成されてなる光導波
路デバイスの光入射口と光出射口に、コア径の小さい入
射用光ファイバとコア径の小さい出射用光ファイバとを
それぞれ結合する方法において、前記光入射口への前記
コア径の小さい入射用光ファイバの位置調整と結合を、
先ずコア径の大きいマルチモード光ファイバを前記光出
射口へ仮結合し、光が全光路を通過することを確認する
ことによって行い、次いで、前記光出射口へ仮結合した
マルチモード光ファイバを取りはずし、前記光出射口へ
の前記コア径の小さい出射用光ファイバの位置調整と結
合を、光が全光路を通過することを確認することによっ
て行うことを特徴として光導波路デバイスへの光ファイ
バ結合方法を構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、光導波路デバイスをファイバ／ファイバ結
合で構成する際の簡易で能率的な光ファイバの結合方法
に関する。

近年、光ファイバやレーザ光源の進歩・発達に伴い、
光通信をはじめ光技術を応用した各種のシステム、デバ
イスが実用化され広く利用されるようになる一方、ます
ます、その高度技術開発への要請が強まってきた。

とくに、最近の光通信システムの高速化の要求から、
光導波路デバイス，たとえば、外部光変調器の重要性が
注目されている。これら光導波路デバイスへの光の導入
・導出には光ファイバとマイクロス球レンズを用いるな
どの方法が用いられているが、今後デバイスの一層の微
小化の進行や価格の低減などに対処するために、より簡
易で能率的，かつ、効率のよい光導波路デバイスへの光
ファイバ結合方法の開発が求められている。

〔従来の技術〕

光導波路デバイスへの光ファイバの結合方法として最
も簡易な方法は、光導波路の入出射口へ光ファイバを近
接させて直接光を導入・導出させる方法である。

第３図は光導波路デバイスのファイバ／ファイバ結合
の例を示す図で、同図（イ）は平面図、同図（ロ）はＡ
−Ａ′は断面図である。

図中、１は基板，たとえば、電気光学効果を有するLi
NbO₃基板、２は基板１上に設けた分岐光導波路2a,2bを
有する光導波路、13は分岐光導波路2b上に設けた進行波
信号電極、14は分岐光導波路2a上に設けた接地電極で、
全体として，いわゆる、マッハツェンダ型光変調器が構
成されている。

21は光導波路２の光入射口、22は同じく光出射口であ
る。15は変調用信号電源である。

なお、光導波路２は，たとえば、基板１の表面にTiな
どの金属を光導波路部分だけに選択的に拡散させ、その
部分の屈折率を回りの部分よりも少し大きくして光が光
導波路２の中に閉じ込められて伝送されるようにしてあ
る。

３はコア径の小さい入射用光ファイバで，たとえば、
定偏波保持光ファイバ、４はコア径の小さい出射用光フ
ァイバで，たとえば、出射用シングルモード光ファイ
バ、６は光ファイバを固定するためのホルダで，たとえ
ば、ルビービーズなどを用いている。なお、通常、光入
射口21および光出射口22の近傍の光導波路２の上面に接
着して用いられる光ファイバを固定するためのLiNbO₃ブ
ロックは、本発明に直接関係しないので煩雑をさけるた
めに省略した。９は半導体レーザ、10は光検知器であ
る。

コア径の小さい入射用光ファイバ３と光導波路２の光
入射口21との間，およびコア径の小さい出射用光ファイ
バ４と光導波路２の光出射口22との間は光結合を行った
のち，たとえば、エポキシ樹脂系接着材７により接着固
定している。

第４図は従来の光導波路デバイスへの光ファイバ結合
方法の例を示す図で、前記第３図に示したごときデバイ
スの組み立て方法の例を示したものである。

図中、16は集光レンズで，たとえば、光集束性のロッ
ドレンズ、11′はパッケージ、12′はキャップである。

なお、前記図面で説明したものと同等の部分について
は同一符号を付し、かつ、同等部分についての説明は省
略する。

同図（イ）は光導波路２の光入射口21へのコア系の小
さい入射用光ファイバ３の結合工程を示したもので、光
導波路デバイスの基板１をパッケージ11′の左側近くの
底面に接着固定し、コア径の小さい入射用光ファイバ３
をパッケージ11′の左側の側壁に明けた孔に通して、そ
の先端を光入射口21へ近接させる。一方、光導波路２の
光出射口22とパッケージ11′の左側の側壁との間には集
光レンズ16を入れるのに充分な空間が残るようなパッケ
ージを用いており、その空間に集光レンズ16を挿入す
る。そして、光導波路２の光出射口22を出射した光が光
検知器10へ光が集光されるように集光レンズ16は調整さ
れる。

いま、半導体レーザ９から光を出射させると、コア径
の小さい入射用光ファイバ3,たとえば、定偏波保持光フ
ァイバ→光導波路２→集光レンズ16→パッケージ11′の
右側の側壁に明けられたコア径の小さい出射用光ファイ
バ4,たとえば、シングルモード光ファイバの挿入孔→光
検知器10のごとくに光は通過する。そこで、光検知器10
の出力が最大になるようにコア径の小さい入射用光ファ
イバ３と光入射口21との相互位置を調整したのち、エポ
キシ樹脂系接着材７でホルダ６と基板１とを接着固定
し，さらに、パッケージ11′の左側の側壁に明けた孔
を，同じくエポキシ樹脂系接着材８で密封固定する。

次いで、同図（ロ）に示したごとく、集光レンズ16を
取り外し、コア径の小さい出射用光ファイバ４をパッケ
ージ11′の右側の側壁に明けられた孔に挿入し、上記と
同様にして半導体レーザ９からの光を光検知器10で受光
して、その出力が最大になるようにコア径の小さい出射
用光ファイバ４と光出射口22との相互位置を調整したの
ち、エポキシ樹脂系接着材７でホルダ６と基板１とを接
着固定し，さらに、パッケージ11′の右側の側壁に明け
た孔を，同じくエポキシ樹脂系接着材８で密封固定す
る。

最後に、同図（ハ）に示したごとく、キャップ12′を
パッケージ11′の上面に密封固定し、試験して外部変調
器光学系を完成する。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、このように構成された光導波路デバイスは、
光ファイバの位置調整に用いる集光レンズ16の挿入スペ
ース分だけ、パッケージ11′が大きくなりデバイスの小
形化を阻害し，なおかつ、その位置調整は熟練作業と長
時間を必要とするなどの問題があり、その解決が必要で
あった。

〔課題を解決するための手段〕

上記の課題は、基板１上に少なくとも光導波路２が形
成されてなる光導波路デバイスの光入射口21と光出射口
22に、コア径の小さい入射用光ファイバ３とコア径の小
さい出射用光ファイバ４とをそれぞれ結合する方法にお
いて、前記光入射口21への前記コア径の小さい入射用光
ファイバ３の位置調整と結合を、先ずコア径の大きいマ
ルチモード光ファイバ５を前記光出射口22へ仮結合し、
光が全光路を通過することを確認することによって行
い、次いで、前記光出射口22へ仮結合したマルチモード
光ファイバ５を取りはずし、前記光出射口22への前記コ
ア径の小さい出射用光ファイバ４の位置調整と結合を、
光が全光路を通過することを確認することによって行う
光導波路デバイスへの光ファイバ結合方法によって解決
することができる。

〔作用〕

本発明方法によれば、コア径の小さい入射用光ファイ
バ３の位置調整と結合固定を、集光レンズ16ではなくコ
ア径の大きいマルチモード光ファイバ５を用いて行うの
で、集光レンズ16の挿入スペース分が不要となり、パッ
ケージ11の大きさ，すなわち、デバイスの寸法を小形化
することが可能となる。さらに、マルチモード光ファイ
バ５はコア径が大きいので光出射口22への位置合わせが
容易でかつ、光検知器10への焦点合わせの必要もなくな
り、位置調整と結合に熟練作業を必要とせず短時間に効
率的に行うことができる。

〔実施例〕

第１図は本発明の実施例を示す図で、デバイスの組み
立ての方法を主な工程順に示したものである。

同図（イ）はコア径の小さい入射側光ファイバの調整
・結合、同図（ロ）はコア径の小さい出射側光ファイバ
の調整・結合、同図（ハ）はキャップ取り付け・デバイ
ス完成をそれぞれ示す。

図中、５はマルチモード光ファイバ、11はパッケー
ジ、12はキャップである。

なお、前記の諸図面で説明したものと同等の部分につ
いては同一符号を付し、かつ、同等部分についての説明
は省略する。

基板１にはLiNbO₃のＺ板の表面を鏡面研磨して使用し
た。この基板の上にTiを約100nmの厚さに真空蒸着し、
分散光導波路を含む光導波路２に相当する部分にTiが残
るように通常のホトエッチング法で処理したのち、約10
50℃，酸素中で８時間加熱しTiをLiNbO₃中に熱拡散させ
て深さ約５μｍの光導波路２を形成した。光導波路の幅
は全て７μｍになるように調整した。したがって、光入
射口21および光出射口22の形状は、凡そ７μｍ×５μｍ
の方形状である。

次いで、電極への光の吸収を防止するために、こゝに
は図示していないバッファ層としてSiO₂を500nmの厚さ
にスパッタ法で形成した。

進行波信号電極および接地電極はTi−Au合金膜を蒸着
したのち、光導波路２の上に重なるように所定の電極形
状にパターンエッチングし、さらに、その上に厚さ８μ
ｍのAuめっきにより付着形成して、光導波路デバイスの
一種であるマッハツェンダ型外部変調器を形成した。

先ず、コア径の小さい入射用光ファイバ3,たとえば、
コア径が10μｍφの定偏波保持光ファイバの位置調整と
結合を行うために、パッケージ11の右側の側壁に明けら
れたコア径の小さい出射用光ファイバ4,たとえば、出射
用シングルモード光ファイバの挿入孔に、コア径が，た
とえば、75μｍφのマルチモード光ファイバ５を挿入
し、その先端を光出射口22に近接させる。一方、他端は
光検知器10の受光窓に近接配置する。

いま、半導体レーザ９から光を出射すると、定偏波保
持光ファイバ→光導波路２→マルチモード光ファイバ５
→光検知器10のごとくに光は通過する。そこで、光検知
器10の出力が最大になるように入射用定偏波保持光ファ
イバと光入射口21との相互位置を調整したのち、エポキ
シ樹脂系接着材７でホルダ６と基板１とを接着固定し，
さらに、パッケージ11の左側の側壁に明けた孔を，同じ
くエポキシ樹脂系接着材８で密封固定する。

次いで、マルチモード光ファイバ５を取り外し、その
あとにコア径の小さい出射用光ファイバ4,たとえば、コ
ア径が10μｍφの出射用シングルモード光ファイバを挿
入し、上記と同様にして半導体レーザ９からの光を光検
知器10で受光して、その出力が最大になるように出射用
シングルモード光ファイバと光出射口22との相互位置を
調整したのち、エポキシ樹脂系接着材７でホルダ６と基
板１とを接着固定し，さらに、パッケージ11の右側の側
壁に明けた孔を同じくエポキシ樹脂系接着材８で密封固
定する。

最後に、キャップ12をパッケージ11の上面に密封固定
し、試験して外部変調器光学系を完成するが、本実施例
によりパッケージ11の長さは従来の方法に比較して約2/
3に小形化することができた。

第２図は本発明の他の実施例を示す図で、ウェーハ上
に多数形成された光導波路デバイスを連続的に導光テス
トするためのウェーハ試験方法の実施例である。

図中、100はウェーハで，たとえば、LiNbO₃のＺ板上
に多数の光導波路デバイスを並列に並べて形成したもの
で、ウェーハ状で試験したあと個別チップに切り離して
光導波路デバイス，たとえば、光変調器を構成する。ウ
ェーハ100の両端面には光入射口21と光出射口22が光フ
ァイバ結合可能なごとくに露出加工されている。

101は試料台でウェーハ100を仮固定するためのもので
ある。102および103は微動ステージで，たとえば、X,Y,
Zと上下（θ），左右（φ）の５軸微動動作が手動ある
いは自動操作可能なステージである。微動ステージ102
にはコア径の小さい入射用光ファイバ3,たとえば、コア
径が10μｍφの定偏波保持光ファイバが搭載固定され、
微動ステージ103にはコア径の小さい出射用光ファイバ
4,たとえば、コア径が10μｍのφの出射用シングルモー
ド光ファイバとマルチモード光ファイバ５が適当な距離
を離し，かつ、受光先端を揃えて搭載固定されている。
104は電源・制御回路部である。

いま，たとえば、ｎ番目の光導波路デバイスを試験す
るとして，先ず、ｎ番目の光導波路２の光出射口22にマ
ルチモード光ファイバ５の受光端のコア部を受光可能な
ごとくに近接配置する。一方、入射用の定偏波保持光フ
ァイバに半導体レーザ９の光を通し、その出射先端を光
入射口21に近接させ、マルチモード光ファイバ５の光出
射端に接続された光検知器10′の光出力が最大になるよ
うに位置調整して光ファイバ／光導波路デバイス間の光
結合を行う。この間の制御は光検知器10′の出力を図示
した電源・制御回路部104に入力し、その情報に基づい
て微動ステージ102,103を駆動するための，たとえば、
モータの動作を制御するようにすればよい。

以上の操作で入射用定偏波保持光ファイバの光入射口
21への光結合が終わったら、次に微動ステージ103を平
行に移動し、出射用シングルモード光ファイバの受光端
を光導波路デバイスの光出射口22へ近接させ、前記の入
射用定偏波保持光ファイバの光入射口21への光結合と同
様の操作を行って、出射用シングルモード光ファイバの
光入射口22への光結合を行い、当該ｎ番目の光導波路デ
バイスの導光試験その他の試験を行い合否を記録する。
ｎ番目の光導波路デバイスの導光試験が終了したら、次
の，たとえば、ｎ＋１番目の光導波路デバイスの光結合
を、前記ｎ番目と同様に行い試験をする。

以上説明した光導波路デバイスへの光ファイバの結合
方法により，従来、デバイス１個当たりの試験時間が30
〜60分かゝっていたものが、５分程度と大巾に試験時間
の低減が可能となった。

なお、上記実施例では光結合の動作を全て自動的に行
うようにしたが、光検知器10′あるいは10の出力を指示
する出力計を目視で読み取り、微動ステージ102,103を
手動で操作して光導波路デバイスへの光ファイバの位置
調整と光結合をおこなってもよいことは勿論である。

以上述べた実施例は一例を示したもので、本発明の趣
旨に添うものである限り、使用する素材，部品や構成な
ど適宜好ましいもの、あるいはそれらの組み合わせを用
いることができることは言うまでもない。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明方法によれば、コア径の
小さい入射用光ファイバ３の位置調整と結合固定を、集
光レンズ16ではなくコア径の大きいマルチモード光ファ
イバ５を用いて行うので、集光レンズ16の挿入スペース
分が不要となり、パッケージ11の大きさ，すなわち、デ
バイスの寸法を小形化することが可能となる。さらに、
マルチモード光ファイバ５はコア径が大きいので光出射
口22への位置合わせが容易で，かつ、光検知器10への焦
点合わせの必要もなくなり、位置調整と結合に熟練作業
を必要とせず短時間に効率的に行うことができ、光導波
路デバイスへの光ファイバ結合方法の改善に寄与すると
ころが極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す図、 第２図は本発明の他の実施例を示す図、 第３図は光導波路デバイスのファイバ／ファイバ結合の
例を示す図、 第４図は従来の光導波路デバイスへの光ファイバ結合方
法の例を示す図である。 図において、 １は基板、 ２は光導波路、 ３は入射用シングルモード光ファイバ、 ４は出射用シングルモード光ファイバ、 ５はマルチモード光ファイバ、６はホルダ、 ７および８はエポキシ樹脂系接着材、 ９は半導体レーザ、 10および10′は光検知器、 21は光入射口、22は光出射口、 100はウェーハ、101は試料台、 102および103は微動ステージ、 104は電源・制御回路部である。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板（１）上に少なくとも光導波路（２）
   が形成されてなる光導波路デバイスの光入射口（21）と
   光出射口（22）に、コア径の小さい入射用光ファイバ
   （３）とコア径の小さい出射用光ファイバ（４）とをそ
   れぞれ結合する方法において、 前記光入射口（21）への前記コア径の小さい入射用光フ
   ァイバ（３）の位置調整と結合を、先ずコア径の大きい
   マルチモード光ファイバ（５）を前記光出射口（22）へ
   仮結合し、光が全光路を通過することを確認することに
   よって行い、 次いで、前記光出射口（22）へ仮結合したマルチモード
   光ファイバ（５）を取りはずし、前記光出射口（22）へ
   の前記コア径の小さい出射用光ファイバ（４）の位置調
   整と結合を、光が全光路を通過することを確認すること
   によって行うことを特徴とする光導波路デバイスへの光
   ファイバ結合方法。