JP3430501B2 - 光導波路デバイスおよびその製造方法 - 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、光通信等で使用さ
れる光導波路デバイスに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光通信技術の進展に伴い、従来の光源、
光ファイバ、受光器に加えて、光分岐器、光スイッチ、
光合分波器等の各種光導波路デバイスが要求されてい
る。この種の光導波路デバイスは基本的に導波路チップ
を搭載した導波路型光部品と、入出力用の光ファイバ保
持部材とから構成される。

【０００３】導波路型光部品は一般にシリコン、ガラス
等の基板上に導波路が形成された導波路チップに補強板
が固定された構造を有し、光ファイバ保持部材はＶ溝を
有する基板等に整列された光ファイバが接着剤等によっ
て固定された構造になっている。例えば、導波路型光部
品と光ファイバ保持部材はそれぞれ接着剤等により筐体
に固定され、導波路型光部品と光ファイバ保持部材の接
続をレーザ溶接で行う方法が特開平５−３４５４３号公
報に示されている。

【０００４】また、シリコン、ガラス等の基板上に導波
路が形成された導波路チップとＶ溝を有する基板等に配
置された光ファイバとを炭酸ガスレーザー光によって融
着接続する方法が特開平８−５４５３４号公報に示され
ている。

【０００５】さらに、導波路型光部品と光ファイバ保持
部材とを接着剤によって固着する方法が特開平６−５１
１５５号公報に示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】最初に挙げた従来法
は、導波路型光部品と光ファイバ保持部材とをそれぞれ
筐体に収納してから筐体同士をレーザー溶接するので、
工程が複雑となり高価となる。

【０００７】また、基板上に形成された導波路チップと
Ｖ溝を有する基板等に整列された光ファイバとを炭酸ガ
スレーザー光によって融着接続する従来法は、溶接をす
る近傍に融点の高いマスクを局部的に積層し、マスクの
上から加熱して融着するので、工程が複雑となり高価と
なる。

【０００８】導波路型光部材と光ファイバ保持部材とを
接着剤で固着する従来法は、構造が簡単であり、安価と
なる長所を有するが温度変動等により接着剤が膨張収縮
し、光軸のずれを引起こす傾向がある。そこで本発明の
目的は、かかる問題を解決して信頼性の高い光導波路デ
バイスを提供するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に係る光導波路デ
バイスの製造方法は、光ファイバを保持する光ファイバ
保持部材と光導波路が形成された光導波路型光部品とを
備える光導波路デバイスを製造する方法であって、(１)
基板上に光導波路を形成して光導波路型光部品を得る工
程と、(２)別の基板上に光ファイバを紫外線硬化型樹脂
または可視光線硬化型樹脂で接着して光ファイバ保持部
材を得る工程と、(３)光ファイバ保持部材に対し熱処理
を行うとともに、この熱処理中に、光ファイバ保持部材
の端面から突き出す光ファイバの突き出し長さの最大値
を測定する工程と、(４)熱処理された光ファイバ保持部
材の端面と光導波路型光部品の端面との間隔が上記の最
大値以上となるように、光ファイバ保持部材の端面と光
導波路型光部品の端面とを高分子樹脂で接着する工程と
を、備えることを特徴とする。

【００１０】上記の製造方法においては、紫外線硬化型
樹脂または可視光線硬化型樹脂を用いて作製された光フ
ァイバ保持部材が熱処理され、この熱処理中に、ファイ
バ保持部材の端面から突き出す光ファイバの突き出し長
さの最大値が測定される。導波路型光部品の端面と光フ
ァイバ保持部材の端面との間隔が上記の最大値以上とな
るように、両端面が高分子樹脂により接着される。した
がって、このようにして製造された光導波路デバイスに
おいては、特に温度変動が発生する条件下においても光
ファイバが光導波路型部品の端面に突き当たってしまう
ことはなく、よって、光軸ずれが防止される。また、導
波路型光部品の端面に傷が付いたり、光ファイバの先端
が破損したりすることも防止される。

【００１１】また、熱処理の温度は、６０℃以上、か
つ、１００℃以下であると好適である。下限の６０℃は
光導波路デバイスとして要求される値であり、上限の１
００℃は光導波路デバイスを構成する部材の耐熱温度で
決定される値である。さらに、上記の高分子樹脂は、紫
外線硬化型樹脂あるいは可視光線硬化型樹脂であると好
ましい。本発明に係る光導波路デバイスは、上記の光導
波路デバイスの製造方法により製造され、導波路型光部
品の端面と光ファイバ保持部材の端面との間隔が２０μ
ｍ以下であることを特徴とする。当該間隔が２０μｍよ
り大きいと、光導波路型部品と光ファイバ保持部材との
間において光結合特性に損失が生じてしまう。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しながら本
発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明
において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説
明を省略する。

【００１３】図１は、本発明に係わる光導波路デバイス
の一実施形態を示す図である。図１に示すように光導波
路デバイスは、光ファイバ１を第１の高分子樹脂４−１
によって接着保持する光ファイバ保持部材２と基板に光
導波路が形成された導波路型光部品３とを備え、光ファ
イバ保持部材２と導波路型光部品３を対向して配置させ
第２の高分子樹脂４を介して接着固定して形成される。
ここで光ファイバ保持部材２は、光ファイバ１を整列基
板２−１の表面に形成されたＶ溝２−３に配置され、押
え板２−２をＶ溝の上に乗せると共に、押え板２−２と
光ファイバ１と基板２−１とを高分子樹脂４−１によっ
て固定する。

【００１４】このように光ファイバ保持部材２を高分子
樹脂４−１で接着する構成を採用すると従来法のように
筐体に挿入してＹＡＧ溶接をしたり、融点の高いマスク
を施しその上から炭酸ガスレーザーで融着接続する等の
必要がないので、簡単となり安価にできる長所がある。
しかし、環境試験による高温時には高分子樹脂４−１が
膨張したり、硬化歪みなどの残留応力が解放されること
により図２に示すように光ファイバ１の先端部が突き出
し、光軸ずれを引き起こしたり導波路型光部品３の端面
を傷つけたり、光ファイバ１の先端が破損する問題があ
る。

【００１５】そこで本発明は、導波路型光部品３の端面
と光ファイバ保持部材２の端面との間隔ΔＬが少なくと
も光ファイバ保持部材２に熱処理を加えたときに光ファ
イバ保持部材２の端面から突き出る光ファイバの最大長
さΔ以上に設け、温度変化によって光ファイバが突き出
しても光導波路３の端面と突き当たることのないように
した。熱処理の温度範囲は６０℃以上、１００℃以下で
ある。下限の６０℃は光導波路デバイスとして要求され
る値であり、上限の１００℃は光導波路デバイスを構成
する部材の耐熱温度で決定される値である。

【００１６】図３は、図１に示した光導波路デバイスの
出力側に設けられた光ファイバ保持部材２を示す斜視図
であり、８心のリボン型光ファイバ１−０を整列基板２
−１の内表面に形成されたＶ溝２−３に保持し、押え板
２−２によって押さえ付け、高分子樹脂４−１によって
接着される。

【００１７】図４は、図１の入力側に設けられた光ファ
イバ保持部材２を示す斜視図であり、１心の光ファイバ
１を整列基板２−１の内表面に形成されたＶ溝２−３に
保持し、押え板２−２によって押さえ付け、高分子樹脂
４−１によって接着される。

【００１８】光ファイバ整列基板２−１および押え板２
−２は、シリコン、石英ガラスあるいはセラミック等が
使用される。また、高分子樹脂としては、エポキシ系、
アクリル系、ウレタン系、シリコン系等の紫外線硬化型
樹脂あるいは可視光硬化型樹脂が使用される。

【００１９】Ｖ溝２−３は、簡便性の点からブレードソ
ーによる切削加工が用いられる。その他、異方性エッチ
ングにより形成することもできる。具体的には、面方位
が｛１００｝面のＳｉ基板上に、通常の半導体ＩＣ作成
プロセスに使用されるリソグラフィー技術を用いて、長
さや幅の異なるＶ溝用の窓部を形成した後、｛１１１｝
面が殆ど溶解されない異方性エッチング法、特に異方性
ウエットエッチング法を用いて形成することができる。
Ｓｉ異方性ウエットエッチングは、原子密度の高い｛１
１１｝面に対するエッチング速度が他の｛１００｝面や
｛１１０｝面のエッチング速度より極めて遅いという特
性を利用するもので、結晶構造で決められた角度のＶ溝
が形成される。従って、エッチングする幅を変えること
により深さの異なるＶ溝が形成できる。

【００２０】光ファイバ１は、外径が数十μｍのコア
と、コアの周りに設けられた外径１２５μｍのクラッド
からなる石英系ガラスのマルチモード光ファイバ、ある
いは外径が数μｍのコアと、コアの周りに設けられた外
径１２５μｍのクラッドからなる石英系ガラスのシング
ルモード光ファイバが使用される。これらの光ファイバ
はガラスファイバの周りに保護用の樹脂が被覆され、単
心の光ファイバ１あるいは複数心のリボン型光ファイバ
１−０のように形成されるのが一般的である。

【００２１】図５は、図１に示す光導波路デバイスのう
ちの導波路型光部品３の平面図であり、石英ガラス基板
上に形成された８分岐機能を有するものである。図５に
おいて、入力端３−１から入射した光は導波路型光部品
３によって８分割された後、光導波路アレイ３−０を通
って出力端３−２から出射される。

【００２２】［実施例１］本発明に係わる光導波路デバ
イスを製造工程に即して具体的に説明する。

【００２３】第１工程：最初に、図３に示した光ファイ
バ保持部材の製造方法について説明する。まず、石英ガ
ラスの整列基板２−１の内表面にリボン型光ファイバ１
−０を保持する８本のＶ溝２−３を形成した。Ｖ溝加工
は歯先がＶ形の円盤状ダイヤモンドカッターによって形
成した。Ｖ溝２−３の間隔は導波路型光部品３の光導波
路アレイ３−０に合わせて形成した。

【００２４】次に、８本のＶ溝２−３にリボン型光ファ
イバを構成している各光ファイバ１を配置し、石英ガラ
スの押え板２−２で押えながら紫外線硬化型樹脂４−１
を塗布し、紫外線を照射して固定した。

【００２５】最後に、光ファイバ１の端面を研磨して８
本の光ファイバを保持した保持部材を形成した。研磨す
る端面は光が端面で反射する場合、再び同じ経路を経て
戻るのを防止するために約８゜傾斜して仕上げた。

【００２６】次いで、図４に示した光ファイバ保持部材
の製造方法について説明する。上述した方法と同じ方法
によって、石英ガラスの整列基板２−１の内表面に光フ
ァイバ１を保持する１本のＶ溝２−３を形成した。この
Ｖ溝に光ファイバ１を配置し、その上から押え板２−２
で押えながら紫外線硬化型樹脂４−１を塗布し、紫外線
を照射して固定し、光ファイバ１の端面を研磨して光フ
ァイバ保持部材を形成した。

【００２７】第２工程：図６に示した工程図にしたがっ
て、図５に示した導波路型光部品３の製造方法を説明す
る。まず、シリコン基板１０の上に火炎バーナ２０によ
ってSiO2を主成分とするガラス微粒子からなる下部クラ
ッド層１１−０を形成した（図６（ａ））。

【００２８】次いで、火炎バーナ２０によって下部クラ
ッド層１１−０の上に、GeO2を添加したガラス微粒子か
らなる高屈折率層１２ー０を形成した後（図６
（ｂ））、下部クラッド層１１−０および高屈折率層１
２ー０を堆積した基板１０を加熱して、透明ガラス体の
下部クラッド層１１および高屈折率層１２を得た（図６
（ｃ））。

【００２９】次に、高屈折率層１２の上にレジスト膜を
設け、リソグラフィー技術によって光導波路３のコアパ
ターンを転写し、コア周辺部をエッチングしてコア１３
を形成した（図６（ｄ））。

【００３０】コア１３の上に火炎バーナ２０によってSi
O2を主成分とするガラス微粒子からなる上部クラッド層
１４−０を形成した後（図６（ｅ））、上部クラッド層
１４−０を堆積した基板１０を加熱して、透明ガラス体
の上部クラッド層１４を形成して導波路型光部品３を形
成した（図６（ｆ））。

【００３１】第３工程：熱処理について説明する。第１
工程において作成した図３、図４に示した光ファイバ保
持部材について、８５℃で２時間の熱処理を加えて、光
ファイバ保持部材を構成している光ファイバが保持部材
端面から突き出す長さを測定した。突出長を測定した結
果、図７に示すように最大突き出し長さΔは０．５μｍ
であった。

【００３２】第４工程：図１に示した光導波路デバイス
の組立方法について説明する。第２工程で作製した導波
路型光部品３の入力端３−１には、第１工程で作製した
１本の光ファイバを保持した保持部材２の端面、また、
第２工程で作製した導波路型光部品３の出力端３−２に
は、第１工程で作製した８本の光ファイバを保持した保
持部材２の端面をそれぞれ０．５μｍの間隔を設けて接
合し、これらの端面間には紫外線硬化型樹脂を塗布した
後、紫外線を照射して接着固定した。端面間を接続する
樹脂は、エポキシ系、アクリル系、ウレタン系、あるい
はシリコン系の紫外線硬化型樹脂あるいは可視光硬化型
樹脂が用いられる。

【００３３】このように作製した光導波路デバイスにつ
いて、図８（ａ）に示すように温度範囲が−４０℃〜８
５℃で交互に変化する条件下における耐久性について調
査した。その結果、このような温度サイクル試験を付加
しても光ファイバ保持部材の光ファイバが突出して光軸
ずれを起こしたり、導波路型光部品の端面が破損するよ
うな構造上の問題は発生しなかった。これは導波路型光
部品３の端面と光ファイバ保持部材２の端面の間隔を
０．５μｍあけて保持しているためと考えられる。

【００３４】［実施例２］次に、同様の温度サイクル試
験中において、光導波路デバイスを透過するパワーの安
定性について調査した。透過パワーの測定は、導波路型
光部品３の入力側から１．３μｍの光を入射し、出力側
に接続された各光ファイバから出力されるパワーを測定
した。光導波路デバイスは、実施例１で説明した方法に
よって光ファイバ保持部材２と導波路型光部品３を作成
し、接合端面の間隔ΔＬを種々変えて作製した。

【００３５】このように作製した光導波路デバイスの透
過パワーを測定した結果、図８（ｂ）に示すように、図
８（ａ）に示す温度サイクルに対応して変動が現われ
た。［１］間隔ΔＬが０．５μｍ〜２０μｍの範囲では
変動の許容限界値である０．３ｄＢを越える数は８０ポ
ートの中、１ポート（約１％）であり、略安定した結果
が得られた。［２］一方、間隔ΔＬが小さく０．５μｍ
以下の場合は許容限界値の０．３ｄＢを越える数は８０
ポートの中、７ポート（約９％）であり、安定性に欠け
る結果であった。これは光ファイバの先端が導波路型光
部品３の端面と突き当たったことによるものと推察され
る。［３］間隔ΔＬを２０μｍ以上広げると結合損失の
観点から好ましくなく、２０μｍが上限であった。

【００３６】

【発明の効果】本発明は、以上説明したような形態で実
施され、以下に記載されるような効果を奏する。

【００３７】本発明に係る光導波路デバイスの製造方法
によれば、導波路型光部品の端面と光ファイバ保持部材
の端面との間隔は、光ファイバ保持部材に熱処理を加え
た場合における光ファイバ保持部材端面から突き出す光
ファイバの突き出し長さの最大値以上に設けられている
ので、特に温度変動が発生する条件下においても光ファ
イバが膨張して導波路型光部品の端面を突き刺して破損
したり、光軸ずれを起こしたりするようなことはない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態に係わる光導波路デバイスの構成を
示す図である。

【図２】光ファイバ保持部材に熱処理を付加した場合の
状態を示す図である。

【図３】本実施形態に係わる光ファイバ保持部材の構成
を示す図である。

【図４】本実施形態に係わる光ファイバ保持部材の他の
構成を示す図である。

【図５】本実施形態に係わる導波路型光部品の構成を示
す図である。

【図６】本実施形態に係わる導波路型光部品の工程図で
ある。

【図７】光ファイバ保持部材に熱処理を付加した場合の
結果を示すグラフである。

【図８】光導波路デバイスに温度サイクル試験を付加し
た場合の温度条件（ａ）および透過パワーの変動量
（ｂ）を示すグラフである。

【符号の説明】

１・・・光ファイバ、１−０・・・リボン型光ファイバ、２・・
・光ファイバ保持部材、２−１・・・基板、２−２・・・押え
板、２−３・・・Ｖ溝、３・・・導波路型光部品、３−０・・・
光導波路アレイ、３−１・・・入力端、３−２・・・出力端、
４、４−１・・・樹脂、 ΔＬ・・・間隔、Δ・・・最大突出長

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 6/30 G02B 6/122

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光ファイバを保持する光ファイバ保持部
   材と光導波路が形成された光導波路型光部品とを備える
   光導波路デバイスを製造する方法であって、 基板上に光導波路を形成して光導波路型光部品を得る工
   程と、 別の基板上に光ファイバを紫外線硬化型樹脂または可視
   光線硬化型樹脂で接着して光ファイバ保持部材を得る工
   程と、 前記光ファイバ保持部材に対し熱処理を行うとともに、
   この熱処理中に、前記光ファイバ保持部材の端面から突
   き出す前記光ファイバの突き出し長さの最大値を測定す
   る工程と、 熱処理された前記光ファイバ保持部材の端面と前記光導
   波路型光部品の端面との間隔が前記最大値以上となるよ
   うに、前記光ファイバ保持部材の端面と前記光導波路型
   光部品の端面とを高分子樹脂で接着する工程とを、備え
   ることを特徴とする、光導波路デバイスの製造方法。
2. 【請求項２】 前記熱処理の温度は、６０℃以上、か
   つ、１００℃以下であることを特徴とする請求項１に記
   載の光導波路デバイスの製造方法。
3. 【請求項３】 前記高分子樹脂は、紫外線硬化型樹脂あ
   るいは可視光線硬化型樹脂であることを特徴とする請求
   項１または２に記載の光導波路デバイスの製造方法。
4. 【請求項４】 請求項１に記載された光導波路デバイス
   の製造方法により製造され、導波路型光部品の端面と光
   ファイバ保持部材の端面との間隔が２０μｍ以下である
   ことを特徴とする光導波路デバイス。