【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光集積回路基板等の基板上において光導波路と光ファイバとを接着剤を用いて接続する光導波路と光ファイバとの接続構造および接続方法に関し、特に、光ファイバと光導波路との光軸調整の精度を改善し、かつ光ファイバの接続強度を高めた光導波路と光ファイバとの接続構造および接続方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光集積回路基板や光電子混在基板等の光信号を扱う基板上においては、その基板上に形成された三次元導波路形状の光導波路と、外部との光信号の授受を行なうための光ファイバとを接続する光接続構造が必要である。
【０００３】
そのような光導波路と光ファイバとの接続構造の従来の例を図３（ａ）および（ｂ）にそれぞれ斜視図および断面図で示す。
【０００４】
図３（ａ）において、１は基板、２および３は基板１上に形成された三次元導波路形状の光導波路のそれぞれコア部およびクラッド部、４は基板１上に形成された光ファイバ固定溝、５は光ファイバ固定溝４に光導波路のコア部２と光軸を揃えて固定された光ファイバである。
【０００５】
このような光導波路と光ファイバとの接続構造においては、図３（ｂ）に示すように、まず光ファイバ固定溝４にその光軸であるコア部６と光導波路の光軸であるコア部２とを揃えて挿入された光ファイバ５の端面と光導波路の端面との間に紫外線硬化性接着剤から成る端面接続用接着剤７を充填する。次に、光導波路のコア部２と光ファイバ５のコア部６とに紫外線Ｌを通して端面接続用接着剤７の一部、すなわち両コア部２・７の間とその近傍とを硬化させることによって、光導波路と光ファイバ５の端面同士の仮止めを行なう。その後、端面接続用接着剤７の未硬化部分を外部から紫外線を照射することによって硬化させて、光導波路と光ファイバの端面同士の確実な接着を行なっていた。
【０００６】
さらに、基板１の光ファイバ固定溝４への光ファイバ５の確実な固定を行なうために、光ファイバ固定溝４に光ファイバ５の固定を行なうための固定用接着剤８を塗布して固定することも行なわれていた。
【０００７】
この図３に示すような接続方法においては、端面接続用接着剤７は光導波路のコア部２および光ファイバ５のコア部６が対向する部分をまず硬化させ、次いでその周りを硬化させることから、あらかじめ光軸調整を行なった接続部分のアライメントが端面接続用接着剤７の硬化の際に生じる収縮等のひずみの影響を受けないため、光軸がずれることがなく、光導波路と光ファイバ５とを精度良く接続することができるというものである。
【０００８】
また、従来の光導波路と光ファイバとの接続構造の他の例を図４（ａ）および（ｂ）にそれぞれ斜視図および断面図で示す。なお、図４において図３と同様の箇所には同じ符号を付してある。
【０００９】
図４に示した接続構造においては、まず基板１上に光導波路と対向して形成された光ファイバ固定用溝４に光導波路の端面と光ファイバ５の端面とを対向させて光ファイバ５を挿入する。そして、挿入後に両者の光軸調整を行なって光導波路のコア部２と光ファイバ５のコア部６とを揃える。その後、光導波路の端面から遠く離れた位置の光ファイバ５と光ファイバ固定溝４との間に固定用接着剤８を滴下して光ファイバ５を基板１に確実に固定する。
【００１０】
この図４に示すような接続構造においては、固定用接着剤８は光ファイバ５と光ファイバ固定溝４との間を表面張力により流動して光ファイバ固定溝４の内側に行き渡る。この結果、光ファイバ固定溝４を用いることによって固定用接着剤８の量とその分布を容易に制御できるため、固定用接着剤８の塗布およびその硬化に伴う光ファイバ５の光軸ずれを防止することができるというものである。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図３に示すような従来の接続方法においては、光導波路と光ファイバ５との端面同士を接合する端面接続用接着剤７が光ファイバ５の端面および端面近傍の側面を伝って光ファイバ固定溝４に塗布した固定用接着剤８と混ざり合ってしまう、あるいは固定用接着剤８が光ファイバ５の側面を伝って端面接続用接着剤７と混ざり合ってしまうことがある。そのため、端面接続用接着剤７を硬化させた後に固定用接着剤８を硬化させる時に、端面接続用接着剤７が固定用接着剤８の硬化に伴う収縮に引っ張られて、その結果、光軸ずれが生じるという問題点があった。
【００１２】
また、端面接続用接着剤７により光導波路の端面と光ファイバ５の端面とを光軸を揃えて接続した後、固定用接着剤８を付与して光ファイバ５を光ファイバ固定溝４に固定する際に、硬化した端面接続用接着剤７に硬化前の固定用接着剤８からその溶剤等が拡散・浸透して接着効果が緩んでしまうことから、光ファイバ５の光軸がずれ易いという問題点もあった。
【００１３】
また、図４に示すような接続構造においては、光ファイバ５の端面は単に光導波路の端面に突き当てているだけなので、光接続における光軸の位置整合が不安定であるという問題点があった。
【００１４】
本発明は上記従来技術における問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、光導波路が形成された基板上に光ファイバを接着剤で固定する際に、固定用接着剤の付与あるいはその硬化により生じる光軸ずれを改善して良好な位置精度で光軸を揃えて光接続できるとともに、光ファイバを固定用接着剤により確実に基板に固定してその強度を向上させることができる光導波路と光ファイバとの接続構造および接続方法を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の光導波路と光ファイバとの接続構造は、基板上に形成された光導波路の端面と、前記基板上に形成された光ファイバ固定溝に前記光導波路と光軸を揃えて固定用接着剤により固定された光ファイバの端面とを端面接続用接着剤により接合して成る光導波路と光ファイバとの接続構造であって、前記光ファイバ固定溝に対して、前記光導波路の端面の直下よりも光ファイバ側で、前記光ファイバの端面と前記固定用接着剤による固定位置との間に接着剤分離溝を設けたことを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明の光導波路と光ファイバとの接続方法は、上面に光導波路と、この光導波路の端面の直下よりも光ファイバ側に位置する接着剤分離溝を有する光ファイバ固定溝とを形成した基板を準備し、次に、前記光ファイバ固定溝に前記光導波路と光軸を揃えて、端面を前記接着剤分離溝よりも前記光導波路側に位置させて光ファイバを載置するとともに光導波路と光ファイバの端面同士を端面接続用接着剤により接合し、しかる後、前記光ファイバの端面に対し間に前記接着剤分離溝を挟む領域の前記光ファイバ固定溝と前記光ファイバとを固定用接着剤で接合することを特徴とするものである。
【００１７】
本発明の光導波路と光ファイバとの接続構造によれば、光ファイバ固定溝に対して、光導波路の端面の直下よりも光ファイバ側で、その光ファイバの端面と固定用接着剤による固定位置との間に端面接続用接着剤と固定用接着剤とを分離するための接着剤分離溝を形成したことから、光導波路と光ファイバの端面同士を端面接続用接着剤で接続した後に光ファイバ固定溝に固定用接着剤を付与しても、両接着剤の間に形成した接着剤分離溝により両者が接触し混ざり合うことがない。また、固定用接着剤と端面接続用接着剤との間に所望の距離を設けることが可能なため、固定用接着剤を付与する際の影響、あるいは固定用接着剤が硬化する際の収縮等の影響が光導波路および光ファイバの端面に及ぶことを有効に防止することができる。また、光導波路と光ファイバとの光軸調整において光ファイバの先端が不安定になるようなことはなく、光軸調整がしやすい。従って、光軸を揃えて端面接続用接着剤で接合した光導波路と光ファイバとの間の光軸ずれをなくすことができる。また、光ファイバを固定用接着剤によって光ファイバ固定溝に確実に固定することができ、光ファイバの接続強度を向上させることができる。
【００１８】
また、本発明の光導波路と光ファイバとの接続方法によれば、光ファイバを、光導波路の端面の直下よりも光ファイバ側に位置する接着剤分離溝を有する光ファイバ固定溝に光導波路と光軸を揃えて、端面を接着剤分離溝よりも光導波路側に位置させて載置して光導波路と光ファイバの端面同士を端面接続用接着剤で接合した後、光ファイバ固定溝のうち光ファイバの端面に対して間に接着剤分離溝を挟む領域と光ファイバとを固定用接着剤で接合することから、光導波路と光ファイバの端面同士を端面接続用接着剤で接続した後に固定用接着剤を付与しても、両接着剤の間に形成した接着剤分離溝により両者が接触し混ざり合うことがない。また、固定用接着剤と端面接続用接着剤との間に所望の距離を設けることが可能なため、固定用接着剤を付与する際の影響、あるいは固定用接着剤が硬化する際の収縮等の影響が光導波路の端面に及ぶことを有効に防止することができる。また、光導波路と光ファイバとの光軸調整において光ファイバの先端が不安定になるようなことはなく、光軸調整がしやすい。従って、光軸を揃えて端面接続用接着剤で接合した光導波路と光ファイバとの間の光軸ずれをなくすことができる。また、光ファイバを固定用接着剤によって光ファイバ固定溝に確実に固定することができ、光ファイバの接続強度を向上させることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面を参照しつつ説明する。
【００２０】
図１（ａ）および（ｂ）は、本発明の光導波路と光ファイバとの接続構造の実施の形態の一例を示すそれぞれ斜視図および断面図である。図１において、図３・図４と同様の箇所には同じ符号を付してある。
【００２１】
本発明の光導波路と光ファイバとの接続構造は、基板１上に形成された光導波路の端面と基板１上に形成された光ファイバ固定溝４に固定用接着剤８により固定された光ファイバ５の端面とを、光軸を揃えて、すなわち光導波路のコア部２と光ファイバ５のコア部６とを揃えて端面接続用接着剤７により接合して成る接続構造であって、光ファイバ固定溝４に対して、この光ファイバ固定溝４に固定される光ファイバ５の端面とこの光ファイバ固定溝４に固定用接着剤８により光ファイバ５が固定される固定位置との間に、端面接続用接着剤７と固定用接着剤８とを分離するための接着剤分離溝９を設けたことが特徴である。
【００２２】
このように接着剤分離溝９を設けたことから、光導波路と光ファイバ５との端面同士を接合する端面接続用接着剤７が光ファイバ５の端面および端面近傍の側面を伝って光ファイバ固定溝４に塗布した固定用接着剤８と混ざり合ってしまったり、あるいは固定用接着剤８が光ファイバ５の側面を伝って端面接続用接着剤７と混ざり合ってしまうことがなくなる。そのため、端面接続用接着剤７を硬化させた後に固定用接着剤８を硬化させる時に、端面接続用接着剤７が固定用接着剤８の硬化に伴う収縮に引っ張られて光軸ずれが生じるようなことがなくなる。
【００２３】
また、端面接続用接着剤７により光導波路の端面と光ファイバ５の端面とを光軸を揃えて接続した後、固定用接着剤８を付与して光ファイバ５を光ファイバ固定溝４に固定する際に、端面接続用接着剤７と固定用接着剤８との間に所望の距離を容易に確保することができるため、硬化した端面接続用接着剤７に硬化前の固定用接着剤８からその溶剤等が拡散・浸透して接着効果が緩んでしまうこともなくなる。
【００２４】
しかも、光ファイバ５の端面は光ファイバ固定溝４に支持された状態で光導波路の端面に突き当てられるので、光接続における光軸の位置整合を良好なものとすることができる。
【００２５】
また、本発明の光導波路と光ファイバとの接続方法によれば、基板１上に形成された接着剤分離溝９を有する光ファイバ固定溝４に、まず、光ファイバ５を光ファイバ固定溝４に挿入・載置した後に、光ファイバ５と光導波路２の光軸調整を行なって両者の光軸を揃え、それとともに光導波路と光ファイバ５の端面の間に端面接続用接着剤７を少量滴下して端面接続用接着剤７を硬化させる。このとき、滴下する端面接続用接着剤７の量が少なくて済むため、その硬化の際に生じる収縮等の影響が小さく、光軸ずれが生じることはない。
【００２６】
ここで、端面接続用接着剤７として紫外線硬化性接着剤等の光硬化性接着剤を用いれば、光導波路のコア部２または光ファイバのコア部６を通して紫外線等の光を照射することによって光軸部の端面接続用接着剤７を瞬時に硬化させることができるため、接着前に光軸調整した位置整合が保たれ、光軸ずれが生じない接続が可能となる点で好適なものとなる。
【００２７】
このような端面接続用接着剤７としては、光導波路のコア部２および光ファイバ５のコア部６と屈折率が同程度のもの、すなわち、それらとの屈折率差が０．１ ％以下の紫外線硬化性接着剤が望ましい。このような紫外線硬化性接着剤を使用することによって、光導波路の端面と光ファイバ５の端面との間で光を散乱することなく伝搬させて良好な光接続を得ることができる。また、紫外線硬化性接着剤を用いることによって、光軸調整を行なった光導波路と光ファイバ５との状態を瞬時に固定することができるため、アライメント特性が良いものとなる。
【００２８】
具体的な紫外線硬化性接着剤としては、例えば紫外線硬化型エポキシ樹脂や紫外線硬化型アクリル樹脂等を用いることができる。中でも、紫外線硬化型エポキシ樹脂を用いると、硬化の際の収縮が小さいといった点で好適である。
【００２９】
一方、熱硬化性接着剤を用いて加熱等の方法で端面接続用接着剤７を硬化させる場合においては、樹脂系接着剤は熱膨張率が一般的に大きく、光軸ずれが生じやすい傾向があるが、この場合であっても端面接続用接着剤７が少量で膨張の絶対量が小さくなるため、光軸ずれが生じる心配がない。端面接続用接着剤７として好適な熱硬化性接着剤としては、例えば熱硬化型エポキシ樹脂・アクリル樹脂・ポリイミド樹脂やシリコーン接着剤等がある。
【００３０】
固定用接着剤８は、光ファイバ５を基板１に接着させる効果のあるものであればとりわけ限定されるものではない。しかしながら、光導波路と光ファイバ５との光軸ずれへの影響を小さくするためにはできるだけ熱膨張率および硬化時の収縮率が小さいものが望ましく、また、光ファイバ５の基板１への良好かつ確実な接着のためには接着面積等を考慮して１ｋｇ以上の接着強度が得られるものが望ましい。
【００３１】
なお、端面接続用接着剤７として光硬化性接着剤を用いた場合に、固定用接着剤８として熱硬化性接着剤を用いると、光硬化性接着剤に比べて熱硬化性接着剤の接着強度が大きいため、より接着強度が大きくなるといった点で良好な光接続を行なうことができる。このような固定用接着剤８に用いる熱硬化性接着剤としては、例えば熱硬化型エポキシ樹脂・アクリル樹脂・ポリイミド樹脂やシリコーン接着剤等を用いることができる。中でも、シリコーン接着剤を用いると、接着強度が大きく、また吸水率が低いといった点で好適である。
【００３２】
なお、端面接続用接着剤７と固定用接着剤８との両方に熱硬化性接着剤を用いても、端面接続用接着剤７に熱硬化性接着剤を用いて固定用接着剤８に光硬化性接着剤を用いてもよいことは言うまでもない。また、両方に熱硬化性接着剤または光硬化性接着剤を用いる場合にも、両者で硬化条件や硬化後の光透過度、吸水率、接着強度、Ｔｇ等を異ならせたものを組み合わせることにより、良好な特性で接続信頼性の高い接続構造とすることができる。その組合せは接続構造の仕様に応じて適宜選択すればよい。
【００３３】
従って、本発明の接続方法によれば、光軸ずれの生じない接続信頼性の高い光導波路と光ファイバとの接続を得ることができる。
【００３４】
また、光ファイバ５の基板１への接着強度、すなわち光ファイバ固定溝４への接着強度については、光導波路と光ファイバ５の端面同士を接合した後に、光ファイバ固定溝４のうち光ファイバ５の端面に対して間に接着剤分離溝９を挟む領域に設けた固定位置において光ファイバ固定溝４と光ファイバ５とを固定用接着剤８で接合することから、十分な量の固定用接着剤８を付与することができ、光ファイバ５の接着強度を向上することができる。このとき、固定用接着剤８を多量に塗布して、これが表面張力によって光ファイバ５の側面に沿って流動しても、光ファイバ５の端面側に流動した固定用接着剤８は光ファイバ固定溝４に設けた接着剤分離溝９のところで止まり、端面接続用接着剤７とは分離されるため、光ファイバ５の端面と光導波路の端面の接合部分には影響がない。従って、固定用接着剤８の硬化の際の収縮による光ファイバ５の光軸ずれも生じない。
【００３５】
また、接着剤分離溝９は光導波路の端面よりも光ファイバ５側に形成されているため、端面接続用接着剤７を光導波路の端面全体に広がらせ、さらに、光ファイバ５に対してもその端面が光導波路の端面に突き当たる角まで広がらせることができる。従って、接着剤分離溝９を設けたことにより、光導波路と光ファイバ５の端面同士の接続部の接着強度も向上させることができる。
【００３６】
さらに、接着剤分離溝９を光導波路の端面の直下よりも光ファイバ５側に形成しているため、光導波路と光ファイバ５との光軸調整において光ファイバ５の先端が不安定になるようなことがなく、光軸調整がしやすい。
【００３７】
本発明の光導波路と光ファイバとの接続構造において、基板１には、光集積回路基板や光電子混在基板等の光信号を扱う基板として使用される種々の基板、例えばシリコン基板やアルミナ基板・ガラスセラミックス基板・多層セラミック基板等が使用できる。
【００３８】
基板１上に形成される光導波路は、クラッド部３中にコア部２が形成された三次元導波路形状の光導波路であり、その形成材料としては、シリカ・ポリイミド・フッ素樹脂・フッ化ポリイミド・シロキサン系ポリマ等を用いることができる。中でも、シロキサン系ポリマから成る光導波路を用いれば、低温形成および高耐熱性・低損失といった点で好適なものとなる。
【００３９】
光ファイバ固定溝４としては、基板１の材料や特性、あるいは光ファイバ５の形状・寸法等に応じて種々の形状・寸法・形成方法から適宜選択すればよい。図１に示した四角形状の溝の他にも、Ｖ字状の溝や半円形状の溝としてもよい。その形成には、ダイシングを用いた方法やマスクを用いて反応性ドライエッチングを行なう方法、その他の方法を用いればよい。
【００４０】
光ファイバ５としては、シリカ系およびＰＭＭＡ（ポリメチルメタアクリレート）・フッ素樹脂等で形成されるシングルモード光ファイバあるいはマルチモード光ファイバが接続できる。
【００４１】
接着剤分離溝９の位置は、具体的には、光導波路の端面から２０μｍ〜２ｃｍで光ファイバ５の端面と固定位置との間の範囲に位置していると良い。中でも、光導波路の端面から２０〜５０μｍの位置とすると、効果的に端面接続用接着剤７と固定用接着剤８とを分離することができることから好適なものとなる。
【００４２】
また、接着剤分離溝９の幅や深さ・長さ等の寸法は、光導波路と光ファイバ５の端面に付与する端面接続用接着剤７の容積よりも大きい容積を占め、特に、幅については接着剤の分離効果が確実となる１０μｍ以上の幅を持つことが望ましい。
【００４３】
接着剤分離溝９の形状は、光導波路と光ファイバ５の端面の間に付与する端面接続用接着剤７と光ファイバ支持溝４に付与する固定用接着剤８とを分離することができればどのような形状でも良い。例えば、図１に示すような断面が直方形状の溝や、図２（ａ）に図１（ｂ）と同様の断面図で示すようなＶ字状の溝、あるいは半円形状の溝等、種々の形状とすることができる。中でも、ダイシングにより作製が容易であること、同容積であれば溝を狭く、あるいは浅くすることができることから、断面が直方形状の溝とすると本発明の接続構造に好適なものとなる。
【００４４】
さらに、接着剤分離溝９は１個だけでなく、図２（ｂ）に図１（ｂ）と同様の断面図で示すように複数個設けても良い。接着剤分離溝９を複数個設けた場合には、接着剤の分離をより確実に行なうことができるものとして機能させるのみならず、光ファイバ５の端面に一番近い溝は端面接続用接着剤７と固定用接着剤８との分離のための溝として使用し、その他の溝には固定用接着剤８を侵入させて、その表面張力の効果を利用して光ファイバ５の光ファイバ固定溝４への接着強度をさらに増加させることもできる。
【００４５】
なお、接着剤分離溝９を形成する方法としては、光ファイバ固定溝４と同様に、ダイシングを用いた方法やマスクを用いて反応性ドライエッチングを行なう方法、その他の方法によればよい。
【００４６】
【実施例】
次に、本発明の光導波路と光ファイバとの接続構造および接続方法について具体例を説明する。
【００４７】
〔例１〕
アルミナセラミックスから成る基板上に、クラッド部がシロキサンポリマ、コア部がチタン含有シロキサンポリマから成るステップインデックス型光導波路を形成した。次いで、この光導波路に対して光ファイバと接続する部分を決定し、ダイシングブレードを用いて光導波路の端面を形成した。さらに、この端面に対向する位置に光ファイバ固定溝をダイシングにより形成した。このときの光導波路の上面から光ファイバ固定溝の底面までの深さは９０μｍとした。
【００４８】
さらに、光ファイバ固定溝の底面の光導波路端面から２０μｍ離れた位置にダイシングにより接着剤分離溝を形成した。ここで、接着剤分離溝は深さ３０μｍ・光ファイバの光軸方向の幅２０μｍの直方形状の断面形状で、光軸方向に対して垂直方向の幅は、光ファイバ固定溝をテラス状に形成したため、基板の端部までの幅と同じとした。
【００４９】
次に、光ファイバ固定溝に直径１２５ μｍのシリカ系の光ファイバを挿入し、光導波路のコア部を通して光ファイバの端面から入射させた光を光ファイバの他方の端面である出力端からモニタリングしながら、光導波路と光ファイバとの光軸調整を行なった。
【００５０】
次に、光導波路および光ファイバのコア部と屈折率が同程度の端面接続用接着剤としてスルフォニウム塩系光重合開始剤とエポキシ系樹脂とから成る紫外線硬化型エポキシ樹脂の紫外線硬化性接着剤を光導波路と光ファイバの端面の間に０．２４５ μｌ滴下し、さらに、外部から紫外線を照射して硬化させた。
【００５１】
その後、光ファイバの端面に対して間に接着剤分離溝を挟む領域の光ファイバ固定溝と光ファイバとに固定用接着剤として端面接続用接着剤と同じ紫外線硬化性接着剤を塗布し、紫外線を照射して硬化させて、光ファイバを基板上に固定した。
【００５２】
このようにして作製した本発明の光導波路と光ファイバとの接続構造について光導波路と光ファイバとの接続損失をカットバック法により測定したところ、波長１．３ μｍのＬＤ（レーザダイオード）光に対する接続損失は０．５ ｄＢ以下に抑えられていることが確認できた。
【００５３】
また、あらかじめ測定した位置ずれと損失の関係を表わしたデータから、損失の極小値すなわち位置ずれ＝０に対する損失の増加分を位置ずれの大きさに対応させて光軸ずれの評価を行なったところ、０．２ μｍ以内のずれであることが分かった。
【００５４】
また、この接続構造について光ファイバの基板への接着強度を荷重引っ張り試験機により測定したところ、光ファイバの接着強度は１ｋｇ以上あり、光ファイバ接着後の基板の取り回しやハンドリングに充分耐えることができる良好な接続強度を有していることが確認できた。
【００５５】
〔例２〕
アルミナセラミックスから成る基板上に、クラッド部がシロキサンポリマ、コア部がチタン含有シロキサンポリマから成るステップインデックス型光導波路を形成した。次いで、この光導波路に対して光ファイバと接続する部分を決定し、反応性イオンエッチング装置（ＲＩＥ装置）を用いて光導波路の端面を形成した。さらに、この端面に対向する位置に光ファイバ固定溝を反応性イオンエッチングにより形成した。このときの光導波路の上面から光ファイバ固定溝の底面までの深さは９０μｍとした。
【００５６】
さらに、光ファイバ固定溝の底面の光導波路端面から２０μｍ離れた位置に反応性イオンエッチングにより接着剤分離溝を形成した。ここで、接着剤分離溝は、深さ３０μｍ・光ファイバの光軸方向の幅２０μｍの直方形状の断面を有しており、光軸方向に対して垂直方向は光ファイバ固定溝と同じ幅の溝とした。
【００５７】
次に、光ファイバ固定溝に直径１２５ μｍのシリカ系光ファイバを挿入し、ＬＤの発光面と接続した光導波路のコア部を通して、光導波路に接続した光ファイバの出力端からＬＤから発光された光をモニタリングしながら、光導波路と光ファイバとの光軸調整を行なった。
【００５８】
次に、光導波路および光ファイバのコア部と屈折率が同程度の端面接続用接着剤として〔例１〕と同じ紫外線硬化性接着剤を光導波路と光ファイバの端面に０．２４５ μｌ滴下し、さらに外部から紫外線を照射して硬化させた。
【００５９】
その後、光ファイバの端面に対して、間に接着剤分離溝を挟む領域の光ファイバ固定溝と光ファイバとに固定用接着剤として熱硬化型シリコーン樹脂の熱硬化性接着剤を塗布し、ハロゲンランプ光によって１５０ ℃で３０秒間局所的に加熱することによって固定用接着剤を硬化させて、光ファイバを基板上に固定した。
【００６０】
このようにして作製した本発明の光導波路と光ファイバとの接続構造について、光導波路と光ファイバとの接続損失および光軸ずれの評価を〔例１〕と同様の方法で行なったところ、光導波路と光ファイバとの接続損失は０．５ ｄＢ以下であった。また、光ファイバの接続における光軸ずれは０．２ μｍ以下であることが確認できた。
【００６１】
また、この接続構造において光ファイバの基板への接着強度は荷重引っ張り試験機を用いて測定した結果、接着強度は５ｋｇ以上あり、良好な接着強度を有していることが確認できた。
【００６２】
なお、以上はあくまで本発明の実施の形態の例示であって、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更や改良を加えることは何ら差し支えない。
【００６３】
【発明の効果】
以上のように、本発明の光導波路と光ファイバとの接続構造によれば、光ファイバ固定溝に対して、光導波路の端面の直下よりも光ファイバ側で、その光ファイバの端面と固定用接着剤による固定位置との間に接着剤分離溝を形成したことから、光導波路と光ファイバの端面同士を接合する端面接続用接着剤と光ファイバと光ファイバ固定溝とを接合する固定用接着剤とが接触し混ざり合うことがなく、また、固定用接着剤と端面接続用接着剤との間に所望の距離を設けることが可能なため、固定用接着剤を付与する際の影響、あるいは固定用接着剤が硬化する際の収縮等の影響が光導波路および光ファイバの端面に及ぶことを有効に防止することができる。また、光導波路と光ファイバとの光軸調整において光ファイバの先端が不安定になるようなことはなく、光軸調整がしやすい。従って、光導波路と光ファイバとの間の光軸ずれの発生をなくすことができるとともに、光ファイバを固定用接着剤によって光ファイバ固定溝に確実に固定して光ファイバの接続強度を向上させることができる。
【００６４】
また、本発明の光導波路と光ファイバとの接続方法によれば、光導波路の端面の直下よりも光ファイバ側に位置する接着剤分離溝を有する光ファイバ固定溝に光導波路と光軸を揃えて、端面を接着剤分離溝よりも光導波路側に位置させて光ファイバを載置して光導波路と光ファイバの端面同士を端面接続用接着剤で接合した後、光ファイバ固定溝のうち光ファイバの端面に対して間に接着剤分離溝を挟む領域と光ファイバとを固定用接着剤で接合することから、接着剤分離溝により端面接続用接着剤と固定用接着剤とが接触し混ざり合うことがなく、また、固定用接着剤と端面接続用接着剤との間に所望の距離を設けることが可能なため、固定用接着剤を付与する際の影響、あるいは固定用接着剤が硬化する際の収縮等の影響が光導波路の端面に及ぶことを有効に防止することができる。また、光導波路と光ファイバとの光軸調整において光ファイバの先端が不安定になるようなことはなく、光軸調整がしやすい。従って、光導波路と光ファイバとの間の光軸ずれの発生をなくすことができるとともに、光ファイバを固定用接着剤によって光ファイバ固定溝に確実に固定して光ファイバの接続強度を向上させることができる。
【００６５】
また、本発明の光導波路と光ファイバとの接続構造および接続方法によれば、光導波路の端面と光ファイバの端面とを接合する端面接続用接着剤の量が少なくて済むため、端面同士を確実に接合しつつ接着剤の硬化の際に生じる収縮や膨脹等の影響を小さく抑えることができるので、光軸ずれが生じない信頼性の高い光ファイバと光導波路の光接続を得ることができる。
【００６６】
また、光ファイバの基板への接着強度については、端面接続用接着剤と分離させつつ光ファイバ固定溝に十分な量の固定用接着剤を付与して接着強度を向上させることができるので、接続強度の高い光接続を得ることができる。従って、光接続の精度を高めることができるとともに、多少の温度変化があるような状況下での使用に際しても接着強度の追加の補強等を行なう必要がなく、信頼性の高い光接続を得ることができる。
【００６７】
さらに、接着剤分離溝は光導波路と光ファイバの端面の接続位置の直下にはなく、光ファイバの端面を光ファイバ固定溝によって支持することができるため、光ファイバの端面の位置を安定させて良好な光接続を得ることができる。
【００６８】
以上のように、本発明によれば、光導波路が形成された基板上に光ファイバを接着剤で固定する際に、固定用接着剤の付与あるいはその硬化により生じる光軸ずれを改善して良好な位置精度で光軸を揃えて光接続できるとともに、光ファイバを固定用接着剤により確実に基板に固定してその強度を向上させることができる光導波路と光ファイバとの接続構造および接続方法を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ本発明の光導波路と光ファイバとの接続構造の実施の形態の一例を示す斜視図および断面図である。
【図２】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ本発明の光導波路と光ファイバとの接続構造の実施の形態の他の例を示す断面図である。
【図３】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ従来の光導波路と光ファイバとの接続構造の例を示す斜視図および断面図である。
【図４】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ従来の光導波路と光ファイバとの接続構造の他の例を示す斜視図および断面図である。
【符号の説明】
１・・・基板
２・・・光導波路のコア部
３・・・光導波路のクラッド部
４・・・光ファイバ固定溝
５・・・光ファイバ
６・・・光ファイバのコア部
７・・・端面接続用接着剤
８・・・固定用接着剤
９・・・接着剤分離溝[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a connection structure and a connection method between an optical waveguide and an optical fiber for connecting an optical waveguide and an optical fiber on a substrate such as an optical integrated circuit substrate using an adhesive. The present invention relates to a connection structure and a connection method between an optical waveguide and an optical fiber, in which the accuracy of axis adjustment is improved and the connection strength of the optical fiber is increased.
[0002]
[Prior art]
On a substrate that handles optical signals, such as an optical integrated circuit substrate and an opto-electronic mixed substrate, a three-dimensional waveguide-shaped optical waveguide formed on the substrate, and an optical fiber for transmitting and receiving optical signals to and from the outside An optical connection structure for connecting the two is required.
[0003]
3A and 3B are a perspective view and a cross-sectional view, respectively, showing a conventional example of such a connection structure between an optical waveguide and an optical fiber.
[0004]
In FIG. 3A, 1 is a substrate, 2 and 3 are a core portion and a cladding portion of a three-dimensional waveguide-shaped optical waveguide formed on the substrate 1, and 4 is an optical fiber fixing formed on the substrate 1. The grooves 5 are optical fibers fixed to the optical fiber fixing groove 4 with the optical waveguide core portion 2 aligned with the optical axis.
[0005]
In such a connection structure between an optical waveguide and an optical fiber, as shown in FIG. 3B, first, in the optical fiber fixing groove 4, a core portion 6 that is the optical axis and a core portion that is the optical axis of the optical waveguide. 2 is filled with an end face connecting adhesive 7 made of an ultraviolet curable adhesive between the end face of the optical fiber 5 inserted in line with the end face 2 and the end face of the optical waveguide. Next, a part of the adhesive 7 for end face connection, that is, between the core portions 2 and 7 and the vicinity thereof is cured by passing ultraviolet rays L through the core portion 2 of the optical waveguide and the core portion 6 of the optical fiber 5. The optical waveguide and the end faces of the optical fiber 5 are temporarily fixed. Thereafter, the uncured portion of the end face connecting adhesive 7 is cured by irradiating ultraviolet rays from the outside, and the optical waveguide and the end faces of the optical fiber are securely bonded to each other.
[0006]
Further, in order to securely fix the optical fiber 5 to the optical fiber fixing groove 4 of the substrate 1, a fixing adhesive 8 for fixing the optical fiber 5 is applied and fixed to the optical fiber fixing groove 4. Things were also done.
[0007]
In the connection method as shown in FIG. 3, the end face connecting adhesive 7 first hardens the part where the core part 2 of the optical waveguide and the core part 6 of the optical fiber 5 face each other, and then hardens the periphery thereof. Since the alignment of the connecting portion where the optical axis is adjusted in advance is not affected by the distortion such as shrinkage that occurs when the end face connecting adhesive 7 is cured, the optical axis is not shifted, and the optical waveguide and the optical fiber 5 are not displaced. Can be connected with high accuracy.
[0008]
In addition, other examples of a conventional connection structure between an optical waveguide and an optical fiber are shown in FIGS. 4A and 4B in a perspective view and a sectional view, respectively. In FIG. 4, the same parts as those in FIG.
[0009]
In the connection structure shown in FIG. 4, first, the optical fiber 5 is formed by making the end face of the optical waveguide and the end face of the optical fiber 5 face each other in the optical fiber fixing groove 4 formed on the substrate 1 so as to face the optical waveguide. insert. Then, after insertion, both optical axes are adjusted to align the core portion 2 of the optical waveguide with the core portion 6 of the optical fiber 5. Thereafter, a fixing adhesive 8 is dropped between the optical fiber 5 at a position far from the end face of the optical waveguide and the optical fiber fixing groove 4 to securely fix the optical fiber 5 to the substrate 1.
[0010]
In the connection structure shown in FIG. 4, the fixing adhesive 8 flows between the optical fiber 5 and the optical fiber fixing groove 4 due to surface tension and spreads inside the optical fiber fixing groove 4. As a result, since the amount and distribution of the fixing adhesive 8 can be easily controlled by using the optical fiber fixing groove 4, the optical axis shift of the optical fiber 5 due to the application and hardening of the fixing adhesive 8 is prevented. It can be done.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional connection method as shown in FIG. 3, the end face connecting adhesive 7 for joining the end faces of the optical waveguide and the optical fiber 5 travels along the end face of the optical fiber 5 and the side face near the end face. The fixing adhesive 8 applied to the fixing groove 4 may be mixed, or the fixing adhesive 8 may be mixed with the end surface connecting adhesive 7 along the side surface of the optical fiber 5. Therefore, when the fixing adhesive 8 is cured after the end surface connecting adhesive 7 is cured, the end surface connecting adhesive 7 is pulled by the shrinkage accompanying the curing of the fixing adhesive 8, and as a result, the optical axis There was a problem that deviation occurred.
[0012]
Further, the end face connecting adhesive 7 connects the end face of the optical waveguide and the end face of the optical fiber 5 with the optical axis aligned, and then a fixing adhesive 8 is applied to fix the optical fiber 5 to the optical fiber fixing groove 4. In this case, since the solvent or the like diffuses and penetrates from the fixing adhesive 8 before being cured into the cured end face connecting adhesive 7, the optical effect of the optical fiber 5 is likely to be shifted. There was also a problem.
[0013]
Further, in the connection structure as shown in FIG. 4, since the end face of the optical fiber 5 is merely abutted against the end face of the optical waveguide, there is a problem that the alignment of the optical axis in the optical connection is unstable. It was.
[0014]
The present invention has been made in view of the above-described problems in the prior art, and its purpose is to provide an adhesive for fixing or fix the optical fiber on the substrate on which the optical waveguide is formed. An optical waveguide that can improve optical strength by aligning the optical axis with good position accuracy and optically connecting the optical fiber to the substrate with a fixing adhesive, improving the optical axis deviation caused by curing. It is to provide a connection structure and a connection method between an optical fiber and an optical fiber.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
The connection structure between the optical waveguide and the optical fiber according to the present invention is such that the end face of the optical waveguide formed on the substrate and the optical fiber fixing groove formed on the substrate are aligned with the optical waveguide and fixed for bonding. A connection structure between an optical fiber and an optical fiber, which is formed by joining an end face of an optical fiber fixed by an agent with an adhesive for connecting an end face, and is directly below the end face of the optical waveguide with respect to the optical fiber fixing groove Further, on the optical fiber side, an adhesive separation groove is provided between the end face of the optical fiber and the fixing position by the fixing adhesive.
[0016]
Further, according to the method of connecting the optical waveguide and the optical fiber of the present invention, the optical waveguide is formed on the upper surface, and the optical fiber fixing groove having the adhesive separation groove positioned on the optical fiber side from directly below the end surface of the optical waveguide. Next, the optical waveguide is placed and the optical axis is aligned with the optical waveguide in the optical fiber fixing groove, the optical fiber is placed and the optical fiber is placed with the end face positioned on the optical waveguide side of the adhesive separation groove. The end faces of the waveguide and the optical fiber are bonded to each other with an end face connecting adhesive, and then the optical fiber fixing groove and the optical fiber are fixed in a region sandwiching the adhesive separation groove between the end faces of the optical fiber. It is characterized by being joined with an adhesive.
[0017]
According to the connection structure between the optical waveguide and the optical fiber of the present invention, the optical fiber end groove is fixed to the optical fiber fixing groove by the fixing adhesive on the optical fiber side rather than directly below the end surface of the optical waveguide. Since an adhesive separation groove for separating the end face connecting adhesive and the fixing adhesive is formed between the optical waveguide and the end faces of the optical fiber are connected with the end face connecting adhesive, the optical fiber Even if the fixing adhesive is applied to the fixing groove, the two are not brought into contact with each other by the adhesive separating groove formed between the two adhesives. In addition, since it is possible to provide a desired distance between the fixing adhesive and the end surface connecting adhesive, the influence when applying the fixing adhesive or the shrinkage when the fixing adhesive is cured, etc. Can be effectively prevented from affecting the end faces of the optical waveguide and the optical fiber. Further, the optical axis adjustment between the optical waveguide and the optical fiber does not cause the tip of the optical fiber to become unstable, and the optical axis adjustment is easy. Therefore, it is possible to eliminate the optical axis deviation between the optical waveguide and the optical fiber, which are aligned with the optical axis and joined with the end face connecting adhesive. Further, the optical fiber can be securely fixed to the optical fiber fixing groove by the fixing adhesive, and the connection strength of the optical fiber can be improved.
[0018]
Further, according to the method for connecting an optical waveguide and an optical fiber according to the present invention, the optical fiber is inserted into the optical fiber fixing groove having an adhesive separation groove located on the optical fiber side from directly below the end face of the optical waveguide. After aligning the optical axes and placing the end face closer to the optical waveguide side than the adhesive separation groove and joining the end faces of the optical waveguide and the optical fiber with the end face connecting adhesive, the optical fiber fixing groove Since the optical fiber is bonded to the end face of the optical fiber with a fixing adhesive between the region where the adhesive separation groove is sandwiched, the optical waveguide and the end face of the optical fiber are fixed together after being connected with the end face connecting adhesive. Even if the adhesive for use is applied, the adhesive separation groove formed between the two adhesives prevents both from contacting and mixing. In addition, since it is possible to provide a desired distance between the fixing adhesive and the end surface connecting adhesive, the influence when applying the fixing adhesive or the shrinkage when the fixing adhesive is cured, etc. Can be effectively prevented from affecting the end face of the optical waveguide. Further, the optical axis adjustment between the optical waveguide and the optical fiber does not cause the tip of the optical fiber to become unstable, and the optical axis adjustment is easy. Therefore, it is possible to eliminate the optical axis deviation between the optical waveguide and the optical fiber, which are aligned with the optical axis and joined with the end face connecting adhesive. Further, the optical fiber can be securely fixed to the optical fiber fixing groove by the fixing adhesive, and the connection strength of the optical fiber can be improved.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings.
[0020]
1A and 1B are a perspective view and a cross-sectional view, respectively, showing an example of an embodiment of a connection structure between an optical waveguide and an optical fiber of the present invention. In FIG. 1, the same reference numerals are given to the same portions as those in FIGS. 3 and 4.
[0021]
The connection structure between the optical waveguide and the optical fiber according to the present invention is an optical fiber fixed to the end face of the optical waveguide formed on the substrate 1 and the optical fiber fixing groove 4 formed on the substrate 1 by a fixing adhesive 8. 5 is a connection structure in which the optical axis is aligned, that is, the core portion 2 of the optical waveguide and the core portion 6 of the optical fiber 5 are aligned and joined by an end surface connecting adhesive 7. Between the end face of the optical fiber 5 fixed to the optical fiber fixing groove 4 and the fixing position where the optical fiber 5 is fixed to the optical fiber fixing groove 4 by the fixing adhesive 8 with respect to the fixing groove 4, It is characterized in that an adhesive separating groove 9 for separating the end surface connecting adhesive 7 and the fixing adhesive 8 is provided.
[0022]
Since the adhesive separating groove 9 is provided in this manner, the end face connecting adhesive 7 for joining the end faces of the optical waveguide and the optical fiber 5 passes through the end face of the optical fiber 5 and the side face near the end face to fix the optical fiber. The fixing adhesive 8 applied to the groove 4 is not mixed with the fixing adhesive 8, or the fixing adhesive 8 is not mixed with the end surface connecting adhesive 7 along the side surface of the optical fiber 5. Therefore, when the fixing adhesive 8 is cured after the end surface connecting adhesive 7 is cured, the end surface connecting adhesive 7 is pulled by the contraction accompanying the curing of the fixing adhesive 8 so that the optical axis shifts. There is nothing wrong.
[0023]
Further, the end face connecting adhesive 7 connects the end face of the optical waveguide and the end face of the optical fiber 5 with the optical axis aligned, and then a fixing adhesive 8 is applied to fix the optical fiber 5 to the optical fiber fixing groove 4. In this case, since a desired distance can be easily secured between the end surface connecting adhesive 7 and the fixing adhesive 8, the cured end surface connecting adhesive 7 is fixed to the fixing adhesive 8 before curing. Therefore, the solvent or the like does not diffuse and permeate to loosen the bonding effect.
[0024]
In addition, since the end face of the optical fiber 5 is abutted against the end face of the optical waveguide while being supported by the optical fiber fixing groove 4, it is possible to improve the alignment of the optical axis in the optical connection.
[0025]
Further, according to the method for connecting an optical waveguide and an optical fiber of the present invention, first, the optical fiber 5 is inserted into the optical fiber fixing groove 4 having the adhesive separating groove 9 formed on the substrate 1. After the optical fiber 5 and the optical waveguide 2 are inserted and placed, the optical axes of the optical fiber 5 and the optical waveguide 2 are adjusted so that the optical axes of the optical fiber 5 and the optical waveguide 2 are aligned. The end surface connecting adhesive 7 is cured by dripping. At this time, since the amount of the adhesive 7 for connecting the end face to be dropped is small, the influence of shrinkage and the like generated during the curing is small, and the optical axis shift does not occur.
[0026]
Here, if a photocurable adhesive such as an ultraviolet curable adhesive is used as the end face connecting adhesive 7, light is irradiated by irradiating light such as ultraviolet rays through the core portion 2 of the optical waveguide or the core portion 6 of the optical fiber. Since the end surface connecting adhesive 7 of the shaft portion can be instantaneously cured, the position alignment adjusted with the optical axis before bonding is maintained, and the connection without causing the optical axis shift is possible. .
[0027]
Such an end face connecting adhesive 7 has the same refractive index as the core portion 2 of the optical waveguide and the core portion 6 of the optical fiber 5, that is, the difference in refractive index between them is 0.1% or less. UV curable adhesives are desirable. By using such an ultraviolet curable adhesive, light can be propagated between the end face of the optical waveguide and the end face of the optical fiber 5 without scattering, and a good optical connection can be obtained. Further, by using the ultraviolet curable adhesive, the optical waveguide adjusted with the optical axis and the state of the optical fiber 5 can be fixed instantaneously, so that the alignment characteristics are good.
[0028]
As a specific ultraviolet curable adhesive, for example, an ultraviolet curable epoxy resin or an ultraviolet curable acrylic resin can be used. Among these, use of an ultraviolet curable epoxy resin is preferable in that the shrinkage during curing is small.
[0029]
On the other hand, when the end surface connection adhesive 7 is cured by a method such as heating using a thermosetting adhesive, the resin adhesive generally has a large coefficient of thermal expansion and tends to cause an optical axis shift. However, even in this case, since the absolute amount of expansion becomes small with a small amount of the end surface connecting adhesive 7, there is no fear of optical axis misalignment. Examples of the thermosetting adhesive suitable as the end surface connecting adhesive 7 include a thermosetting epoxy resin, an acrylic resin, a polyimide resin, and a silicone adhesive.
[0030]
The fixing adhesive 8 is not particularly limited as long as it has an effect of bonding the optical fiber 5 to the substrate 1. However, in order to reduce the influence on the optical axis deviation between the optical waveguide and the optical fiber 5, it is desirable that the coefficient of thermal expansion and the shrinkage rate at the time of curing are as small as possible. In order to ensure adhesion, it is desirable to obtain an adhesive strength of 1 kg or more in consideration of the adhesion area and the like.
[0031]
In addition, when a photocurable adhesive is used as the end surface connecting adhesive 7, when a thermosetting adhesive is used as the fixing adhesive 8, the thermosetting adhesive adheres more than the photocurable adhesive. Since the strength is high, a good optical connection can be made in that the adhesive strength is further increased. As the thermosetting adhesive used for the fixing adhesive 8, for example, a thermosetting epoxy resin, an acrylic resin, a polyimide resin, a silicone adhesive, or the like can be used. Among these, the use of a silicone adhesive is preferable in that the adhesive strength is high and the water absorption is low.
[0032]
Note that even if a thermosetting adhesive is used for both the end surface connecting adhesive 7 and the fixing adhesive 8, the end surface connecting adhesive 7 is made of a thermosetting adhesive so that the fixing adhesive 8 can be irradiated with light. Needless to say, a curable adhesive may be used. In addition, even when using a thermosetting adhesive or a photocurable adhesive for both, by combining those with different curing conditions, light transmittance after curing, water absorption, adhesive strength, Tg, etc. Thus, a connection structure with good characteristics and high connection reliability can be obtained. What is necessary is just to select the combination suitably according to the specification of a connection structure.
[0033]
Therefore, according to the connection method of the present invention, it is possible to obtain a connection between an optical waveguide and an optical fiber with high connection reliability without causing an optical axis shift.
[0034]
Further, regarding the adhesive strength of the optical fiber 5 to the substrate 1, that is, the adhesive strength to the optical fiber fixing groove 4, the optical fiber 5 in the optical fiber fixing groove 4 is bonded after joining the end faces of the optical waveguide and the optical fiber 5. Since the optical fiber fixing groove 4 and the optical fiber 5 are joined by the fixing adhesive 8 at the fixing position provided in the region sandwiching the adhesive separating groove 9 between the end faces of the optical fiber, a sufficient amount of fixing adhesive is provided. The agent 8 can be applied, and the adhesive strength of the optical fiber 5 can be improved. At this time, even if a large amount of the fixing adhesive 8 is applied and flows along the side surface of the optical fiber 5 due to surface tension, the fixing adhesive 8 that has flowed to the end face side of the optical fiber 5 is fixed to the optical fiber. Since it stops at the adhesive separating groove 9 provided in the groove 4 and is separated from the end face connecting adhesive 7, there is no influence on the joint portion between the end face of the optical fiber 5 and the end face of the optical waveguide. Therefore, the optical axis shift of the optical fiber 5 due to shrinkage when the fixing adhesive 8 is cured does not occur.
[0035]
Further, since the adhesive separating groove 9 is formed on the optical fiber 5 side with respect to the end face of the optical waveguide, the end face connecting adhesive 7 is spread over the entire end face of the optical waveguide. The end face can be widened to the corner where it hits the end face of the optical waveguide. Therefore, by providing the adhesive separation groove 9, the adhesive strength of the connection portion between the end faces of the optical waveguide and the optical fiber 5 can be improved.
[0036]
Further, since the adhesive separation groove 9 is formed on the optical fiber 5 side rather than directly below the end face of the optical waveguide, the tip of the optical fiber 5 becomes unstable in adjusting the optical axis between the optical waveguide and the optical fiber 5. It is easy to adjust the optical axis.
[0037]
In the connection structure between the optical waveguide and the optical fiber of the present invention, the substrate 1 includes various substrates used as substrates for handling optical signals such as an optical integrated circuit substrate and an optoelectronic mixed substrate, such as silicon substrates, alumina substrates, and glass. Ceramic substrates, multilayer ceramic substrates, etc. can be used.
[0038]
The optical waveguide formed on the substrate 1 is a three-dimensional waveguide-shaped optical waveguide in which the core portion 2 is formed in the clad portion 3, and the formation material thereof is silica, polyimide, fluororesin, fluorinated polyimide. -A siloxane polymer etc. can be used. In particular, the use of an optical waveguide made of a siloxane polymer is suitable in terms of low temperature formation, high heat resistance and low loss.
[0039]
The optical fiber fixing groove 4 may be appropriately selected from various shapes, dimensions, and forming methods according to the material and characteristics of the substrate 1, the shape and dimensions of the optical fiber 5, and the like. In addition to the rectangular groove shown in FIG. 1, it may be a V-shaped groove or a semicircular groove. For the formation thereof, a method using dicing, a method of performing reactive dry etching using a mask, or other methods may be used.
[0040]
As the optical fiber 5, a single mode optical fiber or a multimode optical fiber formed of silica, PMMA (polymethylmethacrylate), fluorine resin, or the like can be connected.
[0041]
Specifically, the position of the adhesive separating groove 9 is preferably 20 μm to 2 cm from the end face of the optical waveguide and located in the range between the end face of the optical fiber 5 and the fixed position. Among them, the position of 20 to 50 μm from the end face of the optical waveguide is preferable because the end face connecting adhesive 7 and the fixing adhesive 8 can be effectively separated.
[0042]
The dimensions such as the width, depth, and length of the adhesive separating groove 9 occupy a volume larger than the volume of the end face connecting adhesive 7 applied to the end face of the optical waveguide and the optical fiber 5, and in particular, the width. It is desirable to have a width of 10 μm or more that ensures the effect of separating the adhesive.
[0043]
The shape of the adhesive separating groove 9 can be any as long as the end surface connecting adhesive 7 applied between the optical waveguide and the end surface of the optical fiber 5 and the fixing adhesive 8 applied to the optical fiber support groove 4 can be separated. Such a shape may be used. For example, a groove having a rectangular cross section as shown in FIG. 1, a V-shaped groove as shown in FIG. 2 (a) in a cross-sectional view similar to FIG. 1 (b), or a semicircular groove, etc. Various shapes are possible. Among them, since the fabrication is easy by dicing and the groove can be narrowed or shallowed if the volume is the same, a groove having a rectangular cross section is suitable for the connection structure of the present invention.
[0044]
Furthermore, not only one adhesive separating groove 9 but also a plurality of adhesive separating grooves 9 may be provided as shown in a cross-sectional view similar to FIG. 1B in FIG. When a plurality of adhesive separation grooves 9 are provided, not only the adhesive separation groove 9 functions more reliably, but the groove closest to the end face of the optical fiber 5 is the end face connecting adhesive. 7 is used as a groove for separating the fixing adhesive 8 from the fixing adhesive 8, and the fixing adhesive 8 is inserted into the other grooves, and the optical fiber fixing groove of the optical fiber 5 is utilized by utilizing the effect of the surface tension. The adhesion strength to 4 can be further increased.
[0045]
As the method for forming the adhesive separation groove 9, as with the optical fiber fixing groove 4, a method using dicing, a method of performing reactive dry etching using a mask, or other methods may be used.
[0046]
【Example】
Next, specific examples of the connection structure and connection method between the optical waveguide and the optical fiber of the present invention will be described.
[0047]
[Example 1]
On the substrate made of alumina ceramic, a step index type optical waveguide having a clad portion made of siloxane polymer and a core portion made of titanium-containing siloxane polymer was formed. Next, a portion of the optical waveguide connected to the optical fiber was determined, and an end face of the optical waveguide was formed using a dicing blade. Further, an optical fiber fixing groove was formed by dicing at a position facing this end face. At this time, the depth from the upper surface of the optical waveguide to the bottom surface of the optical fiber fixing groove was 90 μm.
[0048]
Further, an adhesive separation groove was formed by dicing at a position 20 μm away from the end face of the optical waveguide on the bottom surface of the optical fiber fixing groove. Here, the adhesive separation groove has a rectangular cross section with a depth of 30 μm and a width of 20 μm in the optical axis direction of the optical fiber, and the width in the direction perpendicular to the optical axis direction forms an optical fiber fixing groove in a terrace shape Therefore, the width to the end of the substrate is the same.
[0049]
Next, a silica-based optical fiber having a diameter of 125 μm is inserted into the optical fiber fixing groove, and the light incident from the end face of the optical fiber through the core portion of the optical waveguide is monitored from the output end which is the other end face of the optical fiber. However, the optical axis of the optical waveguide and the optical fiber was adjusted.
[0050]
Next, an ultraviolet curable adhesive of an ultraviolet curable epoxy resin composed of a sulfonium salt photopolymerization initiator and an epoxy resin is used as an end face connection adhesive having the same refractive index as the core portion of the optical waveguide and optical fiber. 0.245 μl was dropped between the optical waveguide and the end face of the optical fiber, and further cured by irradiating ultraviolet rays from the outside.
[0051]
Then, apply the same UV curable adhesive as the end face connection adhesive as the fixing adhesive to the optical fiber fixing groove and the optical fiber in the region where the adhesive separation groove is sandwiched between the end faces of the optical fiber, Was cured by irradiation, and the optical fiber was fixed on the substrate.
[0052]
When the connection loss between the optical waveguide and the optical fiber of the present invention manufactured as described above was measured by the cutback method, the connection loss between the optical waveguide and the optical fiber according to the present invention was measured. It was confirmed that the connection loss was suppressed to 0.5 dB or less.
[0053]
In addition, based on the data representing the relationship between the positional deviation and the loss measured in advance, the optical axis deviation was evaluated by correlating the increase in loss with respect to the minimum value of loss, ie, positional deviation = 0, with the magnitude of the positional deviation. It was found that the deviation was within 0.2 μm.
[0054]
Further, when the bonding strength of the optical fiber to the substrate was measured with a load tensile tester for this connection structure, the bonding strength of the optical fiber is 1 kg or more, and it can sufficiently withstand the handling and handling of the substrate after bonding of the optical fiber. It was confirmed that it had good connection strength.
[0055]
[Example 2]
On the substrate made of alumina ceramic, a step index type optical waveguide having a clad portion made of siloxane polymer and a core portion made of titanium-containing siloxane polymer was formed. Next, a portion of the optical waveguide connected to the optical fiber was determined, and an end surface of the optical waveguide was formed using a reactive ion etching apparatus (RIE apparatus). Further, an optical fiber fixing groove was formed by reactive ion etching at a position facing this end face. At this time, the depth from the upper surface of the optical waveguide to the bottom surface of the optical fiber fixing groove was 90 μm.
[0056]
Further, an adhesive separation groove was formed by reactive ion etching at a position 20 μm away from the end face of the optical waveguide on the bottom surface of the optical fiber fixing groove. Here, the adhesive separation groove has a rectangular cross section having a depth of 30 μm and a width of 20 μm in the optical axis direction of the optical fiber, and the direction perpendicular to the optical axis direction has the same width as the optical fiber fixing groove. It was a groove.
[0057]
Next, a silica optical fiber having a diameter of 125 μm was inserted into the optical fiber fixing groove, and light was emitted from the LD from the output end of the optical fiber connected to the optical waveguide through the core portion of the optical waveguide connected to the light emitting surface of the LD. The optical axis of the optical waveguide and the optical fiber was adjusted while monitoring the light.
[0058]
Next, 0.245 μl of the same UV curable adhesive as in [Example 1] is dropped on the end faces of the optical waveguide and the optical fiber as the end face connecting adhesive having the same refractive index as the core of the optical waveguide and the optical fiber. Further, it was cured by irradiating ultraviolet rays from the outside.
[0059]
Thereafter, a thermosetting silicone resin thermosetting adhesive is applied to the end face of the optical fiber as a fixing adhesive on the optical fiber fixing groove and the optical fiber in the region sandwiching the adhesive separation groove therebetween, and halogen The fixing adhesive was cured by locally heating at 150 ° C. for 30 seconds with lamp light, and the optical fiber was fixed on the substrate.
[0060]
Regarding the connection structure between the optical waveguide and the optical fiber of the present invention thus produced, the connection loss between the optical waveguide and the optical fiber and the evaluation of the optical axis deviation were performed in the same manner as in [Example 1]. The connection loss between the waveguide and the optical fiber was 0.5 dB or less. Further, it was confirmed that the optical axis deviation in the connection of the optical fiber was 0.2 μm or less.
[0061]
Further, in this connection structure, the adhesive strength of the optical fiber to the substrate was measured using a load tensile tester. As a result, the adhesive strength was 5 kg or more, and it was confirmed that the optical fiber had good adhesive strength.
[0062]
Note that the above are merely examples of the embodiments of the present invention, and the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications and improvements may be made without departing from the scope of the present invention. .
[0063]
【The invention's effect】
As described above, according to the connection structure between the optical waveguide and the optical fiber of the present invention, the end face of the optical fiber is fixed to the optical fiber fixing groove on the side of the optical fiber rather than directly below the end face of the optical waveguide. Since the adhesive separation groove is formed between the fixing position with the adhesive, the adhesive for connecting the end face that joins the end faces of the optical waveguide and the optical fiber, and the fixing adhesive that joins the optical fiber and the optical fiber fixing groove. Since the adhesive does not come into contact with and mix with each other, and a desired distance can be provided between the fixing adhesive and the end surface connecting adhesive, the influence when the fixing adhesive is applied, or It is possible to effectively prevent the influence of shrinkage or the like when the fixing adhesive is cured from reaching the end faces of the optical waveguide and the optical fiber. Further, the optical axis adjustment between the optical waveguide and the optical fiber does not cause the tip of the optical fiber to become unstable, and the optical axis adjustment is easy. Therefore, it is possible to eliminate the occurrence of optical axis misalignment between the optical waveguide and the optical fiber, and to improve the connection strength of the optical fiber by securely fixing the optical fiber to the optical fiber fixing groove by the fixing adhesive. Can do.
[0064]
Further, according to the method for connecting the optical waveguide and the optical fiber of the present invention, the optical waveguide and the optical axis are aligned with the optical fiber fixing groove having the adhesive separation groove located on the optical fiber side from directly below the end face of the optical waveguide. Then, the optical fiber is placed with the end face positioned closer to the optical waveguide side than the adhesive separation groove, and the end faces of the optical waveguide and the optical fiber are joined to each other with an adhesive for connecting the end face. Since the region where the adhesive separation groove is sandwiched between the end face of the fiber and the optical fiber are joined with the fixing adhesive, the end face connecting adhesive and the fixing adhesive are contacted and mixed by the adhesive separation groove. In addition, since it is possible to provide a desired distance between the adhesive for fixing and the adhesive for end face connection, the influence when applying the adhesive for fixing or the adhesive for fixing is cured. The end of the optical waveguide is affected by shrinkage when To cover it can be effectively prevented. Further, the optical axis adjustment between the optical waveguide and the optical fiber does not cause the tip of the optical fiber to become unstable, and the optical axis adjustment is easy. Therefore, it is possible to eliminate the occurrence of optical axis misalignment between the optical waveguide and the optical fiber, and to improve the connection strength of the optical fiber by securely fixing the optical fiber to the optical fiber fixing groove by the fixing adhesive. Can do.
[0065]
Further, according to the connection structure and connection method between the optical waveguide and the optical fiber of the present invention, since the amount of the end surface connecting adhesive that joins the end surface of the optical waveguide and the end surface of the optical fiber can be reduced, the end surfaces are connected to each other. Since it is possible to suppress the influence of shrinkage and expansion that occur when the adhesive is cured while securely bonding, it is possible to obtain a reliable optical connection between the optical fiber and the optical waveguide that does not cause an optical axis shift. .
[0066]
As for the adhesive strength of the optical fiber to the substrate, it is possible to improve the adhesive strength by applying a sufficient amount of fixing adhesive to the optical fiber fixing groove while separating it from the end surface connecting adhesive. An optical connection with high strength can be obtained. Therefore, it is possible to improve the accuracy of the optical connection and to obtain a highly reliable optical connection without the need for additional reinforcement of the adhesive strength even when used under circumstances where there are some temperature changes. Can do.
[0067]
Furthermore, the adhesive separation groove is not directly below the connection position between the optical waveguide and the end face of the optical fiber, and the end face of the optical fiber can be supported by the optical fiber fixing groove, so that the position of the end face of the optical fiber is stabilized. A good optical connection can be obtained.
[0068]
As described above, according to the present invention, when an optical fiber is fixed with an adhesive on a substrate on which an optical waveguide is formed, the optical axis misalignment caused by applying a fixing adhesive or curing the optical fiber is improved. An optical waveguide-optical fiber connection structure and connection method that can optically align the optical axes with high positional accuracy and can securely fix the optical fiber to the substrate with a fixing adhesive to improve its strength. Could be provided.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A and 1B are a perspective view and a cross-sectional view, respectively, showing an example of an embodiment of a connection structure between an optical waveguide and an optical fiber according to the present invention.
FIGS. 2A and 2B are cross-sectional views showing other examples of the embodiment of the connection structure between the optical waveguide and the optical fiber of the present invention, respectively.
FIGS. 3A and 3B are a perspective view and a cross-sectional view, respectively, showing an example of a conventional connection structure between an optical waveguide and an optical fiber.
FIGS. 4A and 4B are a perspective view and a cross-sectional view showing another example of a conventional connection structure between an optical waveguide and an optical fiber, respectively.
[Explanation of symbols]
1 ... Board
2 ... Core part of optical waveguide
3 ... Clad part of optical waveguide
4 ... Optical fiber fixing groove
5. Optical fiber
6 ... Optical fiber core
7 ... Adhesive for end face connection
8 ... Fixing adhesive
9 ... Adhesive separation groove
