JP3881611B2 - 応力集中を最小化する光ファイバブロックアセンブリ及びこれを採用した接合装置 - Google Patents

応力集中を最小化する光ファイバブロックアセンブリ及びこれを採用した接合装置 Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は平面導波路型光回路(ＰＬＣ：Planar Lightwave Circuit)と光ファイバを連結する光ファイバブロック(Fiber block)アセンブリに関するもので、特に、光ファイバに加えられる応力を最小化する光ファイバブロックとガラスカバーを含む光ファイバブロックアセンブリ及びこれを採用した接合装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
大容量の情報を伝送するために使用される波長分割多重化(ＷＤＭ)通信システムでは単一の光ファイバを通じてＮ個の波長を有する光信号を同時に伝送する。特に、光信号の分岐、変調、スイッチング、信号多重化などの光信号処理を目的に、平面導波路型光回路(ＰＬＣ)が広範囲に使用される。このような平面導波路型光回路を光ファイバと連結するためには光ファイバブロックが使用される。また、このような光ファイバブロックは微細光学装置(Micro-Optic device)の入出力端子にも利用される光部品の一つである。
【０００３】
図１に、一般的に使用される平面導波路型光回路１０と光ファイバブロック２０、３０の連結状態を示す。図１に示したように、それぞれの入出力側光ファイバブロック２０、３０は、平面導波路型光回路１０をそれぞれの単一光ファイバＦ１(single fiber)とリボン光ファイバＦ２(ribbon fiber)に連結させると共に、連結状態を支持する役割を遂行する。
【０００４】
単一光ファイバＦ１を通じてＮ個の波長が平面導波路型光回路１０の入力ポートに入力され、入力された光信号は平面導波路型光回路１０を通過しながら多重化される。多重化されたそれぞれの光信号はリボン光ファイバＦ２を通じてそれぞれ出力される。この時、前記平面導波路型光回路１０の入出力ポートにそれぞれ連結される入出力側光ファイバブロック２０、３０は、エポキシ樹脂(epoxy resin)のような接着剤(Ｂ)を利用して整列した状態に固定される。また、前記平面導波路型光回路１０の入出力側や入出力側光ファイバブロック２０、３０にそれぞれガラスカバーＣ１〜Ｃ４が接着される。前記平面導波路型光回路１０の入出力側に付着されるガラスカバーＣ１、Ｃ２は工程上の便利性のためのものであり、前記入出力側光ファイバブロック２０、３０に接着されるガラスカバーＣ３、Ｃ４は整列したそれぞれの光ファイバを固着するために使用される。参照符号Ｓはシリコン基板(silicon substrate)を示し、基板(Ｓ)上に光回路が提供され光信号が進行する。
【０００５】
図２乃至図４を参照して、従来の光ファイバブロックのうち出力側光ファイバブロック３０の構成を説明する。以下、出力側光ファイバブロックを光ファイバブロックと称する。図２乃至図４に示したように、従来の光ファイバブロック３０は、コーティングが剥がされたベア光ファイバ(ＢＦ)(bare fiber)を配列するための光ファイバ整列領域３０１(fiber alignment area)と、リボン光ファイバのコーティング厚さにより発生する応力を減少させるための応力減少深さ領域３０２(stress relief depth area)と、で構成される。光ファイバ整列領域３０１にはベア光ファイバ(ＢＦ)が置かれるための多数のＶ溝３１０(V-groove)が提供される。光ファイバ整列領域３０１と応力減少深さ領域３０２はウェットエッチング(wet-etching)工程により非常に精密に制作される。
【０００６】
光ファイバブロック３０の最も重要な機能は、Ｖ溝３１０に置かれたベア光ファイバ(ＢＦ)を支持し、それぞれに設置されたベア光ファイバ(ＢＦ)の配列を固定して、それぞれのベア光ファイバ(ＢＦ)を等間隔で位置させることである。従って、Ｖ溝３１０及び光ファイバブロック３０と接合されるガラスカバーＣ４の制作が非常に重要となる。Ｖ溝３１０に配列されるそれぞれのベア光ファイバ(ＢＦ)は、接着剤(Ｂ)、例えばエポキシ樹脂を注入することで整列した状態に固定される。カバーＣ４は、一列に並べられたベア光ファイバ（ＢＦ）を固着するために光ファイバ整列領域３０１に取り付けられる。このような状態に制作された光ファイバブロック３０とカバーＣ４は、研磨工程(polishing)を通じて所定の角度(θ)にダイシングされ研磨されることにより、最終的に光ファイバ整列状態を完成する。なお、図２や図４に示したＬ１はダイシングや研磨の基準になる垂直線を意味し、角度（θ）は研磨角度を意味する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図３に示したように、それぞれのＶ溝３１０にベア光ファイバ(ＢＦ)を整列させ、エポキシ樹脂(Ｂ)(epoxy resin)を注入した後に、ガラスカバーＣ４で覆い固定すると、次のような問題が発生する。
【０００８】
先ず、Ｖ溝３１０、ベア光ファイバ(ＢＦ)、ガラスカバーＣ４は３個の接点(Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３)(contact point)で接し、この３個の接点(Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３)はベア光ファイバ(ＢＦ)の配列を精密に維持するために必須的に要求される構造である。しかし、このような３個の接点(Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３)には、注入される接着剤(Ｂ)の収縮または膨張によって相当な応力が加えられるようになる。図３に示した矢印の長さは応力強さを意味し、矢印の方向は応力分布方向を意味する。図３に示した矢印の方向に発生する応力分布から分かるように、３個の接点で応力が集中し、特に、ベア光ファイバ（ＢＦ）とガラスカバーＣ４の接点Ｐ３で最も大きな応力が発生する。このような応力は長期的に接点Ｐ３の接着力を弱化させる結果をもたらし、この接点を成す境界面が互いに離れる層割れ(delamination)現象が発生するようになり、光部品の信頼性を低下させる原因となっっている。
【０００９】
したがって、本発明の目的は、応力集中を最小化する光ファイバブロックとカバーを含む光ファイバブロックアセンブリ及びこれを採用した接合装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の光ファイバブロックアセンブリは、一端側に一以上の光ファイバを受ける光ファイバ整列領域と、他端側に光ファイバ整列領域から延長してエッチングされた応力減少深さ領域とを有する光ファイバブロックを備える光ファイバブロックアセンブリであって、光ファイバ整列領域は、光ファイバブロックの一端側に備わり、設置される裸光ファイバの外周面と接触しない幅の第１のＶ溝を複数並べて配設した第１の光ファイバ整列部と、第１光ファイバ整列部と応力減少深さ領域との間に備わり、第１のＶ溝とは相異なる幅の、設置される裸光ファイバの外周面と接触する第２のＶ溝を、第１のＶ溝から延長して複数配設した第２の光ファイバ整列部と、からなることを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の望ましい実施形態について添付図を参照しつつ詳細に説明する。下記の発明において、本発明の要旨のみを明瞭にする目的で、関連した公知機能又は構成に関する具体的な説明は省略する。合わせて、同一の構成要素には同一の参照符号を付ける。また、ここで言及する光ファイバブロックアセンブリは、光ファイバブロックとカバーを称することに注意すべきである。
【００１７】
図５を参照して本発明の望ましい第１実施形態による光ファイバブロックアセンブリのカバー構造を説明する。図５に示したように、カバーＣ５は平板型であり、ガラス(glass)、石英(quartz)、またはシリコン(silicon)材質で製造することができる。カバーＣ５は、上面５０１(top surface)と底面５０２(bottom surface)を含み、突出部５０４、５０５が底面５０２の両端にそれぞれ設けられている。突出部５０４、５０５は直線状に延設されており、この突出部５０４、５０５間にスロット５０６(slot)が形成される。また、底面５０２はスロット５０６の一部を成し、突出部５０４、５０５は少なくとも一以上提供することができる。図５では２個の突出部５０４、５０５を提供したカバーＣ５を図示している突出部５０４、５０５は、光ファイバ整列領域に設けられたＶ溝に配置されるベア光ファイバと接触して、その上側を支持する役割を遂行する。ここで、カバーＣ５がベア光ファイバと接触する場合、突出部５０４、５０５の延設方向は、ベア光ファイバの配列方向と垂直となるようにする。
【００１８】
図６を参照して本発明の第２実施形態による光ファイバブロックアセンブリのカバー構造を説明する。図６に示したように、カバーＣ６は平板型であり、ガラス、石英、またはシリコン材質で製造することができる。カバーＣ６は、上面６０１と底面６０２を含み、底面６０２の両端及び中央には突出部６０４〜６０６が設けられており、それぞれの突出部間にスロット６０７、６０８が形成される。底面６０２はスロット６０７、６０８の一部を成す。また、突出部は少なくとも一つ以上設けることができる。図６では３個の突出部６０４、６０５、６０６を等間隔で設けている。。
【００１９】
図５に示したカバーＣ５を利用した光ファイバブロック３０の接合構造を図７乃至図１０に基づいて説明する。図７に示したように、平面導波路型光回路と光ファイバを連結するためには光ファイバブロック３０が不可欠であり、また、光ファイバブロックのＶ溝３１０に設置される光ファイバを支持するためにはカバーＣ５が必要である。光ファイバブロック３０は、ベア光ファイバ(ＢＦ)を一列に設置整列させる多数個のＶ溝３１０を有する光ファイバ整列領域３０１と、光ファイバ整列領域３０１をより深くエッチングした応力減少深さ領域３０２と、で構成される。光ファイバ整列領域３０１にはリボン光ファイバのコーティングが剥がされたベア光ファイバ(ＢＦ)が設置されており、応力減少深さ領域３０２にはリボン光ファイバＦ２が設置されている。図７に示した状態に接合された光ファイバは、ダイシング及び研磨工程を通じて最終的に光ファイバ整列状態が完成される。図７に示したＬ１はダイシング及び研磨行程の基準になる垂直線を意味し、参照番号Ｌ２はダイシングされ研磨されるための線を意味する。また、角度(θ)は研磨角度を意味する。ダイシング及び研磨工程を経た光ファイバ整列状態を図８乃至図１０に示す。
【００２０】
図８乃至図１０に示したように、所定の角度にダイシングされ研磨されたカバーＣ５は、その先端に位置する突出部が角度（θ）で研磨されて削除される。カバーＣ５はＶ溝３１０に設置されたベア光ファイバ(ＢＦ)と離隔された状態で固定される。即ち、ベア光ファイバ(ＢＦ)とカバーＣ５の底面との間には隙間が存在することになり、この隙間にはエポキシ樹脂(Ｂ)が充填されて硬化される。従って、カバーＣ５の先端及び底面５０２はベア光ファイバ(ＢＦ)と接しなくなり、この部分にかかる応力が減少する。
【００２１】
図９に示したように、カバーＣ５と光ファイバブロック３０を利用して光ファイバを一列に固定すると、一つのベア光ファイバ(ＢＦ)はＶ溝３１０と２個の接点Ｐ１、Ｐ２を形成し、カバーＣ５とはある程度離隔された隙間ができる。ここで、図３と図９を比較してみる。なお、上述したように、矢印の向きは応力の方向を示し、矢印の長さは応力の強さを示す。本発明によるカバーを光ファイバ接合構造に採用すると、全体的な接点強さが低減し、接点の個数も減少するようになる。ただし、カバーＣ５の後端となる突出部５０４（図１０）が位置するところではベア光ファイバ(ＢＦ)と３個の接点で接するようになる。このように、本発明によるカバーを接合構造に適用すると、カバーＣ５の先端及び底面５０２とベア光ファイバ（ＢＦ）とが接しなくなるので、従来技術と比べて全体的な応力分布が非常に減少するようになる。即ち、カバーとベア光ファイバ間に発生する応力分布を減少することができるようになる。カバーとベア光ファイバとの隙間は約数μｍである。
【００２２】
図１１は本発明の第３実施形態による光ファイバブロックアセンブリの光ファイバブロック４０を示した斜視図である。図１１に示したように、光ファイバブロック４０は、第１、２光ファイバ整列部分４２１、４２２を含む光ファイバ整列領域４２と、この光ファイバ整列領域４２から延長された位置に設けられる応力減少深さ部分４４ａを含む応力減少深さ領域４４と、からなる。第１、２光ファイバ整列部分４２１、４２２、応力減少深さ部分４４ａはフォトマスク(図示せず)とウェットエッチング工程によりシリコンウエハ上に形成される。図１１に示した光ファイバブロック４０は４芯リボン光ファイバを支持するためのブロックである。
【００２３】
光ファイバ整列領域４２は、第１Ｖ溝４２１ａを設けた第１光ファイバ整列部分４２１と、第２Ｖ溝４２２ａを設けた第２光ファイバ整列部分４２２と、から構成される。即ち、光ファイバ整列領域４２には、４個の第１Ｖ溝４２１ａと、この第１Ｖ溝から延設された第２Ｖ溝４２２ａと、から構成されている。第１Ｖ溝４２１ａのそれぞれは同一ピッチＰ１で構成されており、第２Ｖ溝４２２ａのぞれぞれも同一ピッチＰ２で構成されている。応力減少深さ部分４４ａはリボン光ファイバのコーティング厚さを考慮してより深くエッチングされた部分である。これは、第１、２Ｖ溝４２１ａ、４２２ａにコーティングの剥がされたベア光ファイバが配置され、応力減少深さ部分４４ａにはコーティングされたままのリボン光ファイバが配置されるからである。
【００２４】
第１Ｖ溝４２１ａは所定の幅で構成されており、この第１Ｖ溝４２１ａの幅は第２Ｖ溝４２２ａの幅よりも広いので、ここに設置されるベア光ファイバの外周面は第１Ｖ溝４２１ａと接触しない。この時、第１Ｖ溝４２１ａは先端側に位置し、第２Ｖ溝４２２ａは応力減少深さ領域４４側に位置する。
【００２５】
図１２、図１３に示したように、第１、２Ｖ溝４２１ａ、４２２ａにベア光ファイバ（ＢＦ）を設置した状態で、エポキシを注入してガラスカバー５０を固定すると、ベア光ファイバ（ＢＦ）の外周面は、第１Ｖ溝４２１ａとある程度離隔された距離を維持し、ガラスカバー５０と接触する。一方、ベア光ファイバ（ＢＦ）は第２Ｖ溝４２２ａと接触した状態であり、ガラスカバー５０とも接触した状態である。即ち、本発明による光ファイバブロック４０は、第１Ｖ溝４２１ａを設けてベア光ファイバの外周面と接触しように具現しているので、この部分の接点をなくすことができ、応力集中を最小化できるようになる。
【００２６】
一方、本発明の詳細な説明では具体的な実施形態に関して説明したが、本発明の範囲から外れない限り各種変更ができることは通常の知識を有した者であれば自明であるだろう。また、本発明の第１Ｖ溝のように、ベア光ファイバが接触しないＶ溝の所定長さを、その長さ方向に沿って調整した多数個のＶ溝を設けることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来の平面導波路型光回路とそれぞれの入出力光ファイバとを接合するために、入出力光ファイバブロックをそれぞれ使用した状態を示す斜視図。
【図２】 従来の一実施形態による光ファイバブロックとカバーにより支持された光ファイバの接合状態を示す斜視図。
【図３】 図２のＡ方向から見た正面図と、その一部を拡大して示した図。
【図４】 図２のＢ方向から見た側面図。
【図５】 本発明の望ましい第１実施形態による光ファイバブロックアセンブリのカバーを拡大して示した斜視図。
【図６】 本発明の望ましい第２実施形態による光ファイバブロックアセンブリのカバーを拡大して示した斜視図。
【図７】 本発明の望ましい第１実施形態による研磨工程前のカバーと光ファイバブロックにより支持された光ファイバを示す斜視図。
【図８】 本発明の望ましい第１実施形態による研磨工程後のカバーと光ファイバブロックにより支持された光ファイバを示す斜視図。
【図９】 図８のＡ方向から見た正面図と、その一部を拡大して示した図。
【図１０】 図８のＢ方向から見た側面図。
【図１１】 本発明の望ましい第３実施形態による光ファイバブロックアセンブリの光ファイバブロックを拡大して示した斜視図。
【図１２】 本発明の望ましい第３実施形態による光ファイバブロックアセンブリの光ファイバブロックを利用してリボン光ファイバを固定した状態を拡大して示した斜視図。
【図１３】 図１２のラインＸ−Ｘの断面図。

Claims (3)

  1. 一端側に一以上の光ファイバを受ける光ファイバ整列領域と、
    他端側に前記光ファイバ整列領域から延長してエッチングされた応力減少深さ領域と、
    を有する光ファイバブロックを備える光ファイバブロックアセンブリであって、
    前記光ファイバ整列領域は、
    前記光ファイバブロックの前記一端側に備わり、設置される裸光ファイバの外周面と接触しない幅の第１のＶ溝を複数並べて配設した第１の光ファイバ整列部と、
    前記第１光ファイバ整列部と前記応力減少深さ領域との間に備わり、前記第１のＶ溝とは相異なる幅の、設置される裸光ファイバの外周面と接触する第２のＶ溝を、前記第１のＶ溝から延長して複数配設した第２の光ファイバ整列部と、
    からなることを特徴とする光ファイバブロックアセンブリ。
  2. 前記複数の第１のＶ溝は、前記第１光ファイバ整列部に同一のピッチで配列されたことを特徴とする請求項１記載の光ファイバブロックアセンブリ。
  3. 前記複数の第２のＶ溝は、前記第２の光ファイバ整列部に同一のピッチで配列されたことを特徴とする請求項１記載の光ファイバブロックアセンブリ。
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