JP4998362B2 - 光導波路の製造方法及びその製造装置 - Google Patents

Description

光導波路の製造方法及びその製造装置に関し、特に、コア材をクラッド材の溝に充填して形成する光導波路の製造方法及びその製造装置に関する。

たとえば、多チャンネルの光トランシーバなどの光モジュールにおいて、面発光レーザなどの一般的な面型発光素子を用いる場合、光の入出力方向は実装基板に対して垂直となる。光モジュールの小型化、薄型化を図るためには、光ファイバを実装基板に対して平行に配置することが望ましい。そのため、上記のような面型発光素子を用いる場合には、光路を略９０度曲げることができる光導波路を用いて、面型発光素子と横向きの光ファイバ（光ファイバアレイ）とを結合する技術が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

この技術では、緩やかに略９０度に曲がった曲面を有する透明構造体をクラッドとして用いる。そして、曲面に形成した溝にコア材を充填してコアを形成し、その上にフィルム状のクラッド材を貼り付け、コア材を紫外線などで硬化するなどして光導波路を形成していた。
特開２００５−１１５３４６号公報（第２７図、第２８図）

しかし、従来の光導波路の製造方法では、コア材の充填過程で気泡や異物などの混入により損失が生じても、製造時には評価は行われなかった。そのため、コア材の硬化後に損失の大きい光導波路が見つかった場合、クラッドとなる透明構造体も破棄する必要があり、製造歩留まりが悪化し、製造コストが増える問題があった。

上記の点を鑑みて、本発明者らは製造歩留まりの向上及び製造コストが低減可能な光導波路の製造方法及びその製造装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、以下のような工程を有する光導波路の製造方法が提供される。この光導波路の製造方法は、表面に溝を形成した透明構造体の当該溝に、充填部により当該透明構造体よりも屈折率の大きなコア材を充填していく充填工程を有し、前記充填工程の最中に、前記溝の一端から光を入射し、前記溝の他端に配置された光受光部で当該光を受光して、測定部により当該光の強度を測定する。

また、以下のような構成を有する光導波路の製造装置が提供される。この光導波路の製造装置は、表面に溝を形成した透明構造体の当該溝に、当該透明構造体よりも屈折率の大きなコア材を充填していく充填部と、充填の最中に、前記溝の一端から光を入射する光入射部と、前記溝の他端に配置され、前記光を受光する光受光部と、前記光受光部で受光した前記光の強度を測定する測定部と、を有する。

光導波路の製造歩留まりの向上及び製造コストの低減が可能となる。

以下、本実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本実施の形態の光導波路の製造方法及びその製造装置の概略を説明する図である。

ここでは、光トランシーバなどの装置内で光の経路を略９０度に曲げる光導波路を製造する場合について説明する。
本願の発明者は、図１のように略９０度に緩やかに曲がった曲面を有する透明構造体１０の溝１０ａに、液状接着剤であるコア材を気泡の混入を少なく充填できる技術を提案している（特願２００６−３５００８８号）。この技術では、クラッドとなる透明構造体１０を、所定角度傾斜した光導波路の製造装置（ラミネート装置）のステージ１１上に曲面を上にしてブロック１２で固定し、コア材１３を溝１０ａの一端に保持するようにしている。また、このラミネート装置は、コア材１３の溝１０ａへの充填機構として、凹面を有する弾性体１４を先端に設けたシリンダ１５を有している。そして、凹面にクラッドフィルム１６を真空吸着させて、シリンダ１５を押し下げていき、弾性体１４を透明構造体１０の曲面に徐々に押し当てていく。これにより、溝１０ａの一端に保持されていたコア材１３が溝１０ａの他端まで充填されていくとともに、クラッドフィルム１６が透明構造体１０に貼り付けられていき、光導波路が形成される。

本実施の形態の光導波路の製造装置は、特願２００６−３５００８８号の製造装置とは異なり、光受光部２０、光入射部２１、測定部２２を更に有している。
光受光部２０は、たとえば、フォトディテクタアレイであり、ステージ１１上において透明構造体１０の溝１０ａの一端側に配置されている。光入射部２１で入射された光を、充填されたコア材１３を介して受光する。

光入射部２１は、透明構造体１０の溝１０ａの他端側に配置されており、光を溝１０ａに入射する。本実施の形態では、光入射部２１は、光源２１ａと接続されたコネクタであり、ステージ１１上のブロック１２上に配置されている。光源２１ａとしては、面発光レーザやＨｅＮｅ（ヘリウムネオン）レーザなどを用いることが可能である。

測定部２２は、たとえば、パワーメータであり、光受光部２０で受光した光の強度を測定する。また、光源２１ａの光の強度と、光受光部２０で受光した光の強度との差分を求め、光の挿入損失（以下単に損失という）を計算するようにしてもよい。

光導波路の形成時、溝１０ａへの充填の最中に、光入射部２１から光が溝１０ａの一端に入射される。最初は、溝１０ａにコア材１３が十分充填されていないので、コア材１３を介して伝搬される光は少なく、測定部２２で測定される光の強度は小さい。つまり、損失が大きい。シリンダ１５を押し下げていき、溝１０ａにコア材１３が充填されていくと、測定される光の強度が増加していき、あるところで飽和する。ここで、十分な光の強度が得られている（たとえば、光の強度が基準値以上）場合、つまり損失が少ない場合には、充填したコア材１３を硬化させ、光導波路を完成させる。飽和しているにもかかわらず十分な光の強度が得られない（たとえば、光の強度が基準値より低い）場合には、透明構造体１０をステージ１１から取り外し、ラミネート装置から取り出す。そして、弾性体１４の押し当て位置や、押し当て圧力、またはコア材１３の塗布量などの充填条件を調整する。透明構造体１０は、洗浄してコア材１３を除去し、ステージ１１に取り付け、再びコア材１３の充填を行う。

このように、コア材１３を充填しながら光強度の測定を行うので、損失の大きな光導波路をコア材１３の硬化前に検出することができる。これにより、透明構造体１０を再利用できるので、製造歩留まりを向上することができ、製造コストを削減することができる。

以下、本実施の形態の光導波路の製造方法及びその製造装置をより詳細に説明する。
図２は、本実施の形態の光導波路の製造装置の正面図である。
また、図３は、本実施の形態の光導波路の製造装置の側面図である。

図１と同じ構成要素については同一符号を付している。
筐体３０内で、ステージ１１は位置を調整可能となっており、弾性体１４の押し当て位置を調整することができる。また、図２，図３に示すように、曲面側を上にしてステージ１１に固定される透明構造体１０の背面から、たとえば、紫外線照射部３１によりコア材１３を硬化させるための紫外線を照射可能なように、開口部３２が設けられている。また、図３に示すように、弾性体１４にはクラッドフィルム１６を吸着させるための吸着穴３３が形成されている。吸着穴３３には、コネクタを介して真空ポンプが接続されるが、図示を省略している。

また、シリンダ１５を制御するシリンダ制御部３４と、たとえば、紫外線照射部３１によるコア材１３の硬化を制御するコア材硬化制御部３５を有している。
更に、弾性体１４の降下位置を表示するディスプレイ及びステージ１１の位置を調整するコントローラなどを有しているが図示を省略している。

図４は、光受光部の例を示す図である。
ここでは、送信側４チャンネル、受信側４チャンネルの多チャンネル光トランシーバを製造する際にステージ１１に設ける光受光部２０を示している。光受光部２０は、回路基板２０−１と、回路基板２０−１上に配置された４ｃｈフォトディテクタアレイ２０−２ａ，２０−２ｂ及びレシーバＩＣ（Integrated Circuit）２０−３を有している。

４ｃｈフォトディテクタアレイ２０−２ａ，２０−２ｂで受信した光信号は電気信号に変換され、回路基板２０−１の電極２０−４を介して配線２０−５ａ，２０−５ｂにより取り出され、測定部２２に伝達される。回路基板２０−１は、ステージ１１に対して、着脱可能な構成となっている。

図５は、本実施の形態の光導波路の製造方法の流れを示すフローチャートである。
まず、各部材を図２，図３で示したような製造装置にセットする（ステップＳ１）。ここでは、透明構造体１０をステージ１１に固定し、コア材１３を透明構造体１０の溝１０ａの一端に滴下して保持する。また、クラッドフィルム１６を弾性体１４に吸着させる。次に、シリンダ制御部３４はシリンダ１５の降下を開始させる（ステップＳ２）。これにより、弾性体１４が透明構造体１０に押し当てられ、コア材１３が溝１０ａに充填されていく。このとき、光源２１ａからの光が光入射部（コネクタ）２１を介して溝１０ａに入射される。光受光部２０ではその光を受光し電気信号に変換して測定部２２に伝達する。測定部２２は、光の強度を測定するともに損失を算出する（ステップＳ３）。ここで、たとえば、シリンダ制御部３４は、測定部２２の測定結果を監視し、損失が低下しきったか（光の強度が飽和したか）否かを判定し（ステップＳ４）、損失が低下しきった場合には、シリンダ１５の降下を停止させる（ステップＳ５）。損失が低下しきっていない場合には、シリンダ１５の降下を継続させる。ここで、コア材硬化制御部３５は、測定部２２の測定結果から、損失が基準値以下（光の強度が基準値以上）であるか否かを判定する（ステップＳ６）。

図６は、シリンダの降下時間に対する光導波路の損失の変化を示す図である。縦軸が損失、横軸がシリンダ１５の降下を開始してからの時間を示している。また、１つの透明構造体１０に形成する３つの光導波路（チャンネルＣｈＡ，ＣｈＢ，ＣｈＣ）についての損失の変化を示している。

図６（Ａ）では、形成される光導波路の損失が低下しきって、シリンダ１５の降下が停止する時点では、損失が全て基準値以下となっている。
このような場合、コア材硬化制御部３５は、たとえば、紫外線照射部３１により開口部３２を介して透明構造体１０の背面側から、溝１０ａに充填されたコア材１３を硬化させる（ステップＳ７）。

これに対し、図６（Ｂ）では、形成される光導波路の損失が低下しきって、シリンダ１５の降下が停止する時点では、チャンネルＣｈＣの光導波路のみが基準値を上回る損失を示している。

このような場合、コア材硬化制御部３５は、溝１０ａに充填されたコア材１３を硬化させず、透明構造体１０などの部材を製造装置から取り出す（ステップＳ８）。そして、弾性体１４の押し圧、位置、傾きまたはコア材１３の量を調整するなどして、充填条件を調整する（ステップＳ９）。取り出した部材は洗浄して（ステップＳ１０）、再度、製造装置のステージ１１にセットしてステップＳ１からの処理を繰り返す。

このように、損失が大きい光導波路があっても、コア材１３の硬化前に取り出して、部材は再利用するので、製造歩留まりを向上することができ、製造コストを削減することができる。

また、たとえば、チャンネル数が多いと弾性体１４が、透明構造体１０に片当たりしやすく、片側チャンネルでは押し当てが十分だが、反対側のチャンネルでは不十分となる場合がある。しかし、本実施の形態によれば、どのチャンネルの光導波路の損失が大きいのかを充填中に把握できるので、充填の条件の微調整が短時間で可能になる。

以下、実施例により本実施の形態の光導波路の製造方法及びその製造装置を更に詳細に説明する。ただし、以下に示す製造条件などは一例であり、特に限定されるものではない。各部材の符号については、図１〜図４で示したものを用いた。

まず、モールド成型により、レンズと光導波路コア用の溝１０ａを一体化した透明構造体１０を作成する。材料には屈折率１．５のオレフィン樹脂を使用する。作成した透明構造体１０は図２，図３のようにステージ１１に固定し、溝１０ａの一端にコア材１３として、紫外線硬化型のエポキシ樹脂（硬化後の屈折率＝１．６）を滴下する。その後、光入射部２１として、多チャンネル光コネクタにより、透明構造体１０の溝１０ａと光源２１ａとを光接続する。光源２１ａの波長は８５０ｎｍとする。

また、クラッドフィルム１６として、オレフィン樹脂製の厚さ０．１ｍｍのフィルム（屈折率＝１．５）を弾性体１４（シリコーンゴム）に吸着させて、透明構造体１０の上方から押し当てる。このとき、図４に示したような、受光面が垂直上向きとなるように配置した４ｃｈフォトディテクタアレイ２０−２ａ，２０−２ｂ（アレイピッチ０．２５ｍｍ，マルチモード）と、測定部（パワーメータ）２２を用いて入射された光の強度を測定し、損失を算出していく。

シリンダ制御部３４は、全ての光導波路の損失が所定期間同様の値を示した場合、損失が低下しきったと判断し、シリンダ１５の降下を停止させる。コア材硬化制御部３５は、全ての光導波路の損失が基準値以下となった場合、紫外線照射部３１により紫外線を照射させ、コア材１３であるエポキシ樹脂を硬化させる。損失が低下しきっても１本以上の光導波路の損失が基準値を上回る場合、シリンダ１５を引き上げた後、透明構造体１０を取り出す。その後、弾性体１４の押し圧、位置、傾きなどを制御するとともに、透明構造体１０を洗浄し、コア材１３の滴下量を制御して同一の透明構造体１０で再度、上記の製造工程を繰り返す。

このようにして光導波路を作製し、損失が低下しきった時点での、弾性体１４の降下位置、弾性体１４の停止位置（高さ）と、その時点での損失を記録した。
得られた光導波路について、サンプルごとに、損失が低下しきった時点での弾性体１４の降下位置に±２００μｍ、停止位置に±３００μｍ程度のばらつきがあった。しかしながら、本実施例を適用することで、損失はチャンネル間で±０．５ｄＢ、サンプル間で±０．３ｄＢとなり、損失ばらつきは少なかった。また、損失が大きい不良サンプルの透明構造体１０も充填条件を調整して、再度利用することができるため、製造歩留まりを向上することができ、製造コストを削減することができる。

以上のように本実施の形態の手法を用いて製造した光導波路は、以下のような多チャンネル光トランシーバに適用可能である。
図７は、多チャンネル光トランシーバの一例を示す図である。

ここでは、送信側４チャンネル、受信側４チャンネルの多チャンネル光トランシーバの一例を示している。入力された電気信号を光信号に変換してコネクタ４０を介してアレイ状の光ファイバアレイ４１ａに送信する光送信機能と、光ファイバアレイ４１ｂからコネクタ４０を介して入力された光信号を電気信号に変換して受信する光受信機能とを備えている。

本実施の形態の手法を用いて製造した光導波路４２ａ，４２ｂ付の透明構造体１０は、回路基板４３に搭載されている。
また、光送信機能としてドライバＩＣ４４及び面型発光素子４５、光受信機能としてレシーバＩＣ４６及び面型受光素子（フォトディテクタなど）４７を有している。

ドライバＩＣ４４からの電気信号は面型発光素子４５で光信号に変換され光導波路４２ａ及びコネクタ４０を介して光ファイバアレイ４１ａに送信される。光ファイバアレイ４１ｂからコネクタ４０を介して光導波路４２ｂに入力された光信号は、面型受光素子４７で電気信号に変換されレシーバＩＣ４６に入力される。

以上、本実施の形態の光導波路の製造方法及び製造装置を説明してきたが、これに限定されるものではない。
たとえば、図１〜図３の製造装置の光受光部２０と、光入射部２１とを逆に設けてもよい。具体的には、図１〜図３の製造装置の光受光部２０の位置に面型発光素子などを設けて光信号を溝１０ａの一端に入射し、他端からコネクタを介してフォトディテクタで光信号を検出し、パワーメータなどで光の強度を測定するようにしてもよい。

また、上記では、シリンダ制御部３４やコア材硬化制御部３５が、測定部２２の測定結果に応じてシリンダ１５の降下の制御や紫外線の照射を制御するとしたが、これに限定されない。図示しない表示部に、図６のような損失のグラフまたは光強度のグラフを表示し、ユーザがシリンダ１５の降下停止タイミングを指定したり、紫外線を照射するか否かを指定するようにしてもよい。

また、上記では、コア材１３として紫外線硬化型のエポキシ樹脂を用いるとしたが、光硬化性樹脂材料を用い、紫外線の代わりに光を照射して硬化させるようにしてもよい。また、熱硬化性樹脂材料を用い、熱を加えて硬化させるようにしてもよい。

また、上記では、略９０度に曲げる光導波路の製造について説明したがこれに限定されることもなく、まっすぐな光導波路を製造する場合にも、適用可能である。

本実施の形態の光導波路の製造方法及びその製造装置の概略を説明する図である。 本実施の形態の光導波路の製造装置の正面図である。 本実施の形態の光導波路の製造装置の側面図である。 光受光部の例を示す図である。 本実施の形態の光導波路の製造方法の流れを示すフローチャートである。 シリンダの降下時間に対する光導波路の損失の変化を示す図である。 多チャンネル光トランシーバの一例を示す図である。

符号の説明

１０ 透明構造体
１０ａ 溝
１１ ステージ
１２ ブロック
１３ コア材
１４ 弾性体
１５ シリンダ
１６ クラッドフィルム
２０ 光受光部
２１ 光入射部
２１ａ 光源
２２ 測定部

Claims (5)

1. 表面に溝を形成した透明構造体の当該溝に、充填部により当該透明構造体よりも屈折率の大きなコア材を充填していく充填工程を有し、
   前記充填工程の最中に、前記溝の一端から光を入射し、前記溝の他端に配置された光受光部で当該光を受光して、測定部により当該光の強度を測定し、前記光の強度の飽和時に、前記光の強度が基準値より低い場合、前記コア材の硬化を禁止することを特徴とする光導波路の製造方法。
2. 前記光の強度を監視し、前記光の強度が飽和した際に、前記充填部による充填動作を停止させることを特徴とする請求項１記載の光導波路の製造方法。
3. 前記光の強度が飽和した際に、前記光の強度が前記基準値以上の場合に、前記コア材を硬化させることを特徴とする請求項１または２に記載の光導波路の製造方法。
4. 前記光の強度が前記基準値よりも低い場合、充填条件を調整し、前記透明構造体を洗浄し、当該透明構造体を再利用して前記充填工程を行うことを特徴とする請求項３記載の光導波路の製造方法。
5. 表面に溝を形成した透明構造体の当該溝に、当該透明構造体よりも屈折率の大きなコア材を充填していく充填部と、
   充填の最中に、前記溝の一端から光を入射する光入射部と、
   前記溝の他端に配置され、前記光を受光する光受光部と、
   前記光受光部で受光した前記光の強度を測定する測定部と、
   前記光の強度の飽和時に、前記コア材の硬化可否を制御するコア材硬化制御部と、
   を有し、
   前記コア材硬化制御部は、前記光の強度の飽和時に、前記光の強度が基準値より低い場合、前記コア材の硬化を禁止する、ことを特徴とする光導波路の製造装置。
   

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