JP3112154B2 - 光導波路と光ファイバの接続方法およびその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光導波路と光ファイ
バとを接続する方法、および該方法を実施するための接
続装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近、平面基板上に作製されたコアとク
ラッドよりなる光導波路を形成して各種の光導波路部品
を構成しようとする研究が盛んに進められており、光通
信や光ネットワークに応用されようとしている。

【０００３】このような光導波路部品を実際のシステム
で使用する場合、光信号の入出力用に光ファイバを接続
しなければならない。

【０００４】接続方法およびその装置に要求される条件
を以下にまとめる。

【０００５】１） 接続損失が低いこと ２） 再現性が良いこと ３） 接続時間が短いこと １）は接続技術に要求される基本条件であり、２），
３）は光部品の量産化技術や低価格化に向けて重要な条
件である。

【０００６】光導波路と光ファイバとを接続するための
接続装置として従来から用いられている装置の概略的構
成を図４に示す。

【０００７】図中、参照符号１は光導波路部品固定部、
２は入力用調芯ステージ、３は出力用調芯ステージ、４
は光導波路部品、５は入力ファイバ部品、６はＧＩファ
イバ部品、および７は出力ファイバ部品である。

【０００８】従来の上記接続は、図４に示すように光フ
ァイバ部品を固定する台を挟んで調芯用微動ステージ２
および３を２台配置した装置で行う。各ステージはＸ，
Ｙ，Ｚ方向の並進移動とＺ軸まわりの回転運動を行う。

【０００９】このような装置によって光導波路部品４と
多芯ファイバ部品を接続するには、光導波路部品４を光
導波路部品固定部１に固定し、一方のステージ２に入力
ファイバ部品５を、他方のステージ３にはまずコア径の
大きいＧＩファイバ部品６をセットし、ステージのＺ軸
を動かして入力ファイバ部品５の接続面を光導波路部品
４の接続面に近付ける。次いで、入力ファイバ部品５に
光を入射し、入射光が光導波路部品４のコアを通過する
ように入力ファイバ部品５をＸ，Ｙ方向に調芯する。光
導波路部品４を通過した出力光をＧＩファイバ部品６で
受光し、受光量が最大となるように入力ファイバ部品５
を調芯する。通常、この調芯は自動で行われている。そ
の後、ＧＩファイバ部品６を出力ファイバ部品７と交換
して、光導波路部品４と出力ファイバ部品７とを同様に
調芯する。調芯終了後、接続部に接着剤を滴下して各部
品を接続固定する。

【００１０】上記従来の接続方法において、低損失な接
続を実現するには調芯精度をサブミクロンオーダにする
必要がある。理論的には、０．１ｄＢの接続損失はＸ方
向あるいはＹ方向に対して０．７５μｍの位置ズレで生
じる。従来、調芯ステージのＸ，Ｙ軸精度としては０．
１μｍのステージが多く使用されている。これにより
Ｘ，Ｙ方向の調芯位置決めは高精度が実現されている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のＺ軸
は、単に入力ファイバ部品や出力ファイバ部品の接続面
を光導波路部品の接続面に近付けるための移動軸でしか
なく、光の調芯機能としては何等関与していないので、
軸移動は手動で行われていた。このために、接続面にＵ
Ｖ接着剤を滴下して両部品を接続固定する際、接続面間
隔が常に一定間隔とならず、この接続間隔のバラツキに
応じて接続損失も変動する問題があった。

【００１２】また、入力ファイバ部品と光導波路部品の
コア光軸を調芯する初期状態において、ＧＩファイバに
光が受光されない場合、受光されるまで入力ファイバ部
品をＸ，Ｙ方向に例えば５μｍピッチで連続的に動かす
動作を行うが、この際、接続面がコア光軸に対して９０
度以外の部品では接続面が接触することがあり、これに
よって接続面に傷が付いたり、最悪の場合接続面が破損
するような問題があった。

【００１３】したがって、本発明は上記問題点を解決す
るためになされたものであり、接続面間隔を常に一定に
保つことが可能で、かつ接続面の圧力検知と同時にＺ軸
を所望の距離退避させることが可能な光導波路と光ファ
イバとの接続方法および接続装置を提供することを目的
とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明にもとづく光導波路と光ファイバとの接続方
法は、光導波路と光ファイバの透過光を測定しながら前
記光導波路と前記光ファイバとを調芯接続する光導波路
と光ファイバとの接続方法において、前記光導波路と前
記光ファイバのコアとを光軸が一致するように配置する
第１工程と、前記光導波路と前記光ファイバとを前記光
軸に沿う方向に移動させることによって互いに接近さ
せ、前記光導波路と前記光ファイバとの接触圧を測定
し、該接触圧が検知された時点で接近移動を停止する第
２工程と、前記光導波路と前記光ファイバとの接触圧の
検知後に、前記光ファイバを相互に逆方向に移動させ
て、前記光導波路と前記光ファイバとの接触面の間隔を
一定に保持する第３工程とを有することを特徴とする。

【００１５】また、上記課題を解決するために、本発明
にもとづく光導波路と光ファイバとの接続装置は、光導
波路と光ファイバの透過光を測定しながら前記光導波路
と前記光ファイバとを調芯接続する光導波路と光ファイ
バとの接続装置において、前記光導波路と前記光ファイ
バのコアとを光軸が一致するように配置する位置合わせ
手段と、前記光導波路と前記光ファイバとを前記光軸に
沿う方向に移動させることによって互いに接近させる移
動手段と、前記移動の過程で前記光導波路と前記光ファ
イバとの接触圧を測定する圧力測定手段と、該圧力測定
手段により接触圧を検知し、前記移動手段を制御して前
記光導波路と前記光ファイバとに所定量の間隙を設ける
離間手段とを有することを特徴とする。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明にもとづく光導波路と光フ
ァイバとの接続装置は、入力ファイバ部品と出力ファイ
バ部品を調芯するステージのＺ軸に圧力センサを設け、
この圧力センサで接続面の非接触状態から接触状態を検
知し、検知位置を間隔ゼロとして所望の距離だけ間隔を
開ける機能を具備することを特徴とした接続装置であ
る。

【００１７】本発明の接続装置によれば、接続面間隔を
常に一定に保つことができるので、接続損失の低減化と
再現性は勿論、従来問題であった損失変動も極めて小さ
く押さえることができる。

【００１８】また、圧力センサを具備した本発明では、
接続面の圧力検知と同時にＺ軸を所望の距離退避させる
機能を付与することで、接続面がコア光軸に対して９０
度以外の部品の初期調芯で生じていた接続面の接触によ
るトラブルも解消することができる。

【００１９】以下、図面を用いて詳細に説明する。

【００２０】図１は、本発明にもとづく光導波路と光フ
ァイバとを接続するための装置の概略的構成を説明する
ための模式図である。図中、参照符号１は光導波路部品
固定部、４は光導波路部品、５は入力ファイバ部品、７
は出力ファイバ部品、８，８′はＺ軸微動台、９，９′
はＺ軸方向の圧力を検知する圧力センサ、１０，１０′
はＺ軸まわりの回転を制御するθ軸、１１，１１′はＸ
軸微動台、１２，１２′はＹ軸微動台である。上記した
ように、本発明の接続装置は、入力ファイバ部品５と出
力ファイバ部品７とを調芯するステージのＺ軸に圧力セ
ンサ９、９′を設け、この圧力センサ９、９′で接続面
の非接触状態から接触状態を検知し、検知位置を間隔ゼ
ロとして所望の距離だけ間隔を開ける機能を具備するこ
とを特徴とする。

【００２１】本装置によって光導波路と多芯ファイバ部
品を接続する工程は、まず図１において出力ファイバ部
品７の代わりにＧＩファイバ部品（図示していない）を
セットしておく。コア径が５０μｍ以上と大きいＧＩフ
ァイバ部品は、セットするだけで光導波路４のコア光軸
と位置合わせられる。このような状態で、入力ファイバ
部品のファイバに光を入射する。この際、ファイバ部品
が２芯以上の場合には、任意の２ポートに光を入射す
る。

【００２２】入射後、Ｚ軸８を自動で光導波路部品４の
方向に移動させる。ファイバ部品５の端面が光導波路部
品４の端面に接触すると圧力センサ９がこれを検知し、
間隔（ΔＴ）コントローラによってＺ軸８を所定の距離
退避させる。したがって、本実施例によれば、このよう
にして間隔（ΔＴ）を管理することができる。

【００２３】接続面が所定の間隔ΔＴにセットされた
後、入力ファイバ部品５に入射した光が光導波路４を通
過するように、入力ファイバ部品５をＸ，Ｙ軸に自動調
芯する。両部品のコア寸法は８〜１０μｍと小さいので
両部品をセットしただけの初期状態では光が通過しな
い。従って、通常の調芯方法は、まず入力ファイバ部品
５を３〜５μｍのピッチでＸ，Ｙ方向に動かして、光導
波路４のコアにわずかでも光が通過するまで調芯する粗
調芯工程と、わずかに入射した光が最大光量となるよう
に両部品のコア光軸を０．１μｍのピッチでＸ，Ｙ方向
に動かす微調芯工程からなる。

【００２４】上記微調芯工程において、図１のように接
続面が斜めの場合の粗調芯工程では、ファイバ部品が
Ｘ，Ｙ方向に動いてもファイバ部品５と光導波路部品４
の接続面が接触しないようにΔＴを大きく設定しなけれ
ばならない。各部品の寸法精度にもよるが、接続面が接
触しない間隔ΔＴは１００μｍ以上である。しかし、１
００μｍ以上になるとファイバ部品５と光導波路部品４
のコア位置が最適になっても通過する光パワーが弱ま
り、クラッドを伝わる光パワーとの区別がつかなくなっ
て調芯不可能となることがある。

【００２５】そこで、圧力センサ９で調芯時の接続面の
接触を検知することによって、粗調芯時の接触面の圧力
が管理でき、粗調芯中に接触を検知するとＺ軸８を所定
の距離退避させ引き続き粗調芯を繰り返す操作ができ
る。すなわち、粗調芯工程でも間隔（ΔＴ）を微調芯工
程の間隔に設定することが可能となる。実験を繰り返し
た結果、間隔ΔＴは粗調芯、微調芯ともに５〜１０μｍ
で良好な調芯ができた。

【００２６】入力ファイバ部品５と光導波路部品４の調
芯が終了後、ＧＩファイバ部品を移動させ、代わりに出
力ファイバ部品７をセットして入力ファイバ部品の調芯
工程と同様に光導波路部品４と出力ファイバ部品７を調
芯する。

【００２７】入力と出力の調芯が終了後、接続面の間隔
に接着剤を滴下して接続固定する。

【００２８】＜実験例１＞図１の装置によって２×８ス
プリッタの接続を行った。光導波路部品固定部に接続面
が８度の斜めに研磨された１×８光導波路を固定し、そ
の出力側にＧ Ｉファイバ部品を配置した。入力ファイ
バ部品として回路と同様に接続面が８度に研磨された１
芯ファイバ部品を、Ｚ軸微動台の上部に設けられたファ
イバ部品ホルダにセットし、入力ファイバに波長１．３
μｍの光を入射した。また、接続面間隔を１０μｍ、粗
調芯時の退避間隔を５μｍにそれぞれ設定した。その他
のパラメータとしては粗調芯のピッチを３μｍ、微調芯
時の間隔を１０μｍ、微調芯のピッチを０．１μｍ、Ｇ
Ｉファイバで受光するしきい値を８０μｗとした。

【００２９】このような状態で自動調芯を開始した。入
力ファイバ部品の接続面はＺ軸微動台によって１×８光
導波路の接続面に徐々に接近し、やがて接触した。これ
を圧力センサが検知すると同時にＺ軸が退避した。本発
明を確認するためにここで自動調芯をストップし、退避
した間隔を測定した結果、設定と同じ１０μｍの間隔で
あった。また、ＧＩファイバでの受光量はしきい値以下
であった。確認後、引き続き自動調芯をスタートした。
入力ファイバ部品はＸ，Ｙ方向に３μｍのピッチで移動
を開始した。移動範囲がＸ，Ｙ方向に３μｍずつ広がっ
ていってもＧＩファイバの受光量はしきい値以下のまま
だったが、その後、圧力センサが作動し始めた。同時に
Ｚ軸が退避し圧力センサの作動は止まった。この動作を
何度か繰り返した後、ＧＩファイバにしきい値以上の光
が受光された。その後、微調芯工程に移行し受光量が最
大の位置で入力側の自動調芯は終了した。

【００３０】入力側と同様な方法で出力側も調芯した。
出力ファイバ部品には２５０μｍピッチで整列された８
芯ファイバ部品を用いた。出力側の調芯は、８本のファ
イバのうち両端の２ポートで受光して調芯を行った。す
なわち、２ポートの受光量が最大となるようにＸ，Ｙ，
θ軸を自動調芯した。

【００３１】本発明を確認するために自動調芯をストッ
プした時間を除いた入出力の調芯時間は３分４０秒であ
った。

【００３２】入力と出力ファイバ部品を調芯後、それぞ
れの接続界面にＵＶ接着剤を滴下して紫外線を照射し１
×８スプリッタを作製した。

【００３３】このようにして１×８スプリッタを１０個
作製してその損失を測定した。図２に接続損失のヒスト
グラムを示す。合計８０ポートの平均接続損失は０．０
８ｄＢで非常に低接続損失な結果であった。また、接続
損失の変動は最大接続損失でも０．１４ｄＢ以下であ
り、変動の小さい結果であった。

【００３４】比較のために、従来の接続装置で１×８ス
プリッタを作製した。すなわち、Ｚ軸に圧力センサが無
く、接続面の間隔が任意に設定できない装置である。

【００３５】粗調芯開始に先立って、手動で接続面の間
隔を１００μｍに設定した。また、受光量のしきい値は
間隔が広いことによる光量低下を考慮して４０μｗとし
た。１×８スプリッタを１０個作製した結果、粗調芯で
光が入射せずに調芯がストップしたケースが３回あっ
た。これらについては各パラメータを設定し直して調芯
をやり直した。

【００３６】調芯をやり直した部品を除いた部品の調芯
時間は約２５分であった。

【００３７】作製した１×８スプリッタ１０個、合計８
０ポートの接続損失のヒストグラムを図３に示す。平均
接続損失は０．１６ｄＢで、損失変動も大きく最大接続
損失は０．３８ｄＢであった。

【００３８】

【発明の効果】以上のように、光導波路部品とファイバ
部品を接続する装置において、接続面の接触を検知する
圧力センサを具備した本発明によれば、粗調芯や微調芯
での接続面の間隔を管理することができるので、接続損
失の低減化に最適な間隔を設定することが可能となり、
接続損失の低減化が図られる。また、接続損失変動も最
小に押さえることができる。さらに、圧力センサを具備
することによりＺ軸の管理が可能となるので、Ｚ軸の自
動化が容易となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】光導波路と光ファイバとの接続を行う本発明に
もとづく接続装置の概略的構成を説明するための模式図
である。

【図２】光導波路と光ファイバとの接続を行う本発明に
もとづく接続装置で作製した１×８スプリッタの接続損
失のヒストグラムである。

【図３】光導波路と光ファイバとの接続を行う従来の接
続装置で作製した１×８スプリッタの接続損失のヒスト
グラムである。

【図４】光導波路と光ファイバとの接続を行う従来の接
続装置の概略的構成を説明するための模式図である。

【符号の説明】

１ 光導波路部品固定部 ２ 入力用調芯ステージ ３ 出力用調芯ステージ ４ 光導波路部品 ５ 入力ファイバ部品 ６ ＧＩファイバ部品 ７ 出力ファイバ部品 ８，８′ Ｚ軸微動台 ９，９′ 圧力センサ １０，１０′ θ軸 １１，１１′ Ｘ軸微動台 １２，１２′ Ｙ軸微動台

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−242343（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−85605（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 6/24 - 6/42

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光導波路と光ファイバの透過光を測定し
   ながら前記光導波路と前記光ファイバとを調芯接続する
   光導波路と光ファイバとの接続方法において、 前記光導波路と前記光ファイバのコアとを光軸が一致す
   るように配置する第１工程と、 前記光導波路と前記光ファイバとを前記光軸に沿う方向
   に移動させることによって互いに接近させ、前記光導波
   路と前記光ファイバとの接触圧を測定し、該接触圧が検
   知された時点で接近移動を停止する第２工程と、 前記光導波路と前記光ファイバとの接触圧の検知後に、
   前記光ファイバを相互に逆方向に移動させて、前記光導
   波路と前記光ファイバとの接触面の間隔を一定に保持す
   る第３工程とを有することを特徴とする光導波路と光フ
   ァイバとの接続方法。
2. 【請求項２】 光導波路と光ファイバの透過光を測定し
   ながら前記光導波路と前記光ファイバとを調芯接続する
   光導波路と光ファイバとの接続装置において、 前記光導波路と前記光ファイバのコアとを光軸が一致す
   るように配置する位置合わせ手段と、 前記光導波路と前記光ファイバとを前記光軸に沿う方向
   に移動させることによって互いに接近させる移動手段
   と、 前記移動の過程で前記光導波路と前記光ファイバとの接
   触圧を測定する圧力測定手段と、該圧力測定手段により接触圧を検知し、前記移動手段を
   制御して前記光導波路と前記光ファイバとに所定量の間
   隙を設ける離間手段と を有することを特徴とする光導波
   路と光ファイバとの接続装置。