JP6268918B2 - Optical fiber connection structure, optical fiber connection method, and optical module - Google Patents
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Description
本発明は、光ファイバ接続構造、光ファイバ接続方法、及び光モジュールに関する。 The present invention relates to an optical fiber connection structure, an optical fiber connection method, and an optical module.
光信号は高速、大容量の信号伝送に適しており、長距離の基幹通信システムでは光信号が実用化されている。コンピュータなどの情報系装置でも信号の高速化により、装置間ではすでに光信号が実用化されており、装置内、ボード内への光信号の導入が視野に入ってきている。離れた位置を接続する配線部材としては、光ファイバが性能面、価格面で優れている。一方、光信号を加工する部分、たとえば光トランシーバ―、光カプラ・スプリッタ、AWG(Arrayed Waveguide Grating)などは光導波路として形成することが望ましい。さらに、最近ではシリコンフォトニクスも用いられつつある。シリコンフォトニクスは、シリコンを半導体製造プロセスで微細加工することで同じ機能を非常に小さいエリアに形成できるという長所を有する。基板上に形成した光導波路部品単独では用途が限られており、光ファイバと接続することにより、光導波路で加工した光信号を目的の場所に伝達することができる。 Optical signals are suitable for high-speed and large-capacity signal transmission, and optical signals are put into practical use in long-distance backbone communication systems. Even in information system devices such as computers, optical signals have already been put into practical use between devices due to the increase in signal speed, and the introduction of optical signals into devices and boards is now in the field of view. As a wiring member for connecting distant positions, an optical fiber is superior in terms of performance and price. On the other hand, an optical signal processing part, for example, an optical transceiver, an optical coupler / splitter, an AWG (Arrayed Waveguide Grating) or the like is preferably formed as an optical waveguide. Furthermore, recently, silicon photonics is also being used. Silicon photonics has an advantage that the same function can be formed in a very small area by finely processing silicon in a semiconductor manufacturing process. The optical waveguide component alone formed on the substrate has limited applications, and by connecting to an optical fiber, an optical signal processed by the optical waveguide can be transmitted to a target location.
光導波路部品の機能や集積度の向上に伴い、接続する光ファイバの本数が格段に増えてきている。通常は、一定間隔に形成したV溝中に光ファイバを接着固定したファイバアレイと呼ばれる部品を用いて、光導波路と光ファイバを接続する。低損失で光導波路と光ファイバを接続するためには、両者の位置関係を精密に制御する必要がある。シングルモードで1μm以内、マルチモードでも数μm以内の位置合わせ精度が求められる。光ファイバを整列させたファイバアレイは、同時に多数の光ファイバを接続できるメリットがあるが、目標の位置精度に合わせ込むためには、XYZの3軸移動だけでなく、各軸の回転を含めた計6軸の精密アライメントが必要となる。特に、ファイバアレイに整列させる光ファイバの本数が多くなればなるほど、回転方向の精度が格段に厳しくなる。 As the function and integration degree of the optical waveguide components are improved, the number of optical fibers to be connected has been remarkably increased. Usually, an optical waveguide and an optical fiber are connected using a component called a fiber array in which optical fibers are bonded and fixed in V grooves formed at regular intervals. In order to connect the optical waveguide and the optical fiber with low loss, it is necessary to precisely control the positional relationship between the two. Alignment accuracy within 1 μm in single mode and within several μm in multimode is required. A fiber array in which optical fibers are aligned has the merit that many optical fibers can be connected at the same time. However, in order to match the target position accuracy, not only three-axis movement of XYZ but also rotation of each axis is included. A total of 6 axes of precision alignment is required. In particular, as the number of optical fibers aligned with the fiber array increases, the accuracy in the rotational direction becomes much more severe.
光導波路基板側にガイド用のV溝を形成することで、位置精度と光ファイバ接続作業の容易さを両立しようとする提案が多数なされている。 Many proposals have been made to achieve both positional accuracy and ease of optical fiber connection work by forming a guide V-groove on the optical waveguide substrate side.
第一群は、光ファイバ整列用のV溝を基板に形成するものである。この場合、V溝は光導波路コアの端面で終端する必要があることから、エッチング、特にシリコンの異方性エッチングにより形成されている。異方性エッチングを用いると、結晶面の角度で決まる精密な形状のV溝を得ることができ、フォトリソグラフィ技術を用いてエッチングパターンを規定することにより、正確な寸法のV溝を形成できる。しかし、基板上に光導波路とV溝のどちらを先に形成するかという問題が生じる。V溝を先に形成すると、100μm以上の巨大な溝のエッジに、数μm〜数10μmのコアを、形状の乱れなく形成することが困難である。この問題を解決するため、V溝を一時的に樹脂埋めしてコアを形成する方法や(たとえば、特許文献1参照)、V溝に蓋をしてコアを形成する方法(たとえば、特許文献2参照)が提案されている。 In the first group, V-grooves for aligning optical fibers are formed on the substrate. In this case, since the V-groove needs to be terminated at the end face of the optical waveguide core, it is formed by etching, particularly silicon anisotropic etching. When anisotropic etching is used, a V-shaped groove having a precise shape determined by the angle of the crystal plane can be obtained, and a V-shaped groove having an accurate dimension can be formed by defining an etching pattern using a photolithography technique. However, a problem arises as to which of the optical waveguide and the V-groove is formed first on the substrate. When the V-groove is formed first, it is difficult to form a core of several μm to several tens of μm on the edge of a huge groove of 100 μm or more without disordering the shape. In order to solve this problem, a method of forming a core by temporarily filling a V groove with a resin (see, for example, Patent Document 1), or a method of forming a core by covering the V groove (for example, Patent Document 2). Have been proposed).
しかし、V溝を一時的に埋める方法は、手間がかかるうえに効果が十分でない。樹脂埋めの場合は完全な平滑性は期待できず、コアの形状が乱れてしまう。V溝に蓋をする場合も、蓋を置く位置精度や蓋の厚みなどを制御しなければ、蓋によってコアの形成が乱される可能性が高い。 However, the method of temporarily filling the V-groove takes time and is not sufficient. In the case of resin filling, complete smoothness cannot be expected, and the core shape is disturbed. Even when the V-groove is covered, the formation of the core is likely to be disturbed by the lid unless the positional accuracy of the lid and the thickness of the lid are controlled.
逆に、V溝を後に形成する方法もある(たとえば、特許文献3参照)。しかし、シリコンの異方性エッチングは、高濃度のアルカリ溶液中で長時間煮る必要があり、これに耐える光導波路の材質は極めて限定される。ウェット処理に耐え得る材料としてシリカ(SiO2)系光導波路などがあるが、これさえも強固な防護措置を取らなければダメージを受けてしまう。 Conversely, there is a method of forming a V-groove later (see, for example, Patent Document 3). However, anisotropic etching of silicon needs to be boiled for a long time in a high-concentration alkaline solution, and the material of the optical waveguide that can withstand this is extremely limited. Silica (SiO 2 ) -based optical waveguides are examples of materials that can withstand wet processing, but even these may be damaged if strong protective measures are not taken.
シリコンの異方性エッチングを使用するもう一つの欠点は、光導波路コアの壁面も斜面となり、光ファイバをコアに近接できないことである。このため、別加工で垂直溝を形成するか(たとえば、特許文献4参照)、光ファイバの端面を光導波路コアの斜面に対応した形状に加工する(たとえば、特許文献5参照)。前者は2種類の加工が必要になるため、形成工程に時間を要する。後者は、光ファイバの先端加工そのものが難しい上に、光ファイバの回転方向の向きを揃えてV溝に配置する必要がある。 Another disadvantage of using anisotropic etching of silicon is that the wall surface of the optical waveguide core is also beveled and the optical fiber cannot be close to the core. For this reason, vertical grooves are formed by another processing (for example, see Patent Document 4), or the end face of the optical fiber is processed into a shape corresponding to the slope of the optical waveguide core (for example, see Patent Document 5). Since the former requires two types of processing, the formation process takes time. In the latter case, it is difficult to process the tip of the optical fiber itself, and it is necessary to arrange the optical fiber in the V-groove in the same direction in the rotation direction.
このように、光導波路基板に光ファイバ整列用のV溝を形成できれば効果が高いが、形成そのものが非常に難しいという問題がある。 Thus, although the effect is high if the optical fiber alignment V-groove can be formed on the optical waveguide substrate, there is a problem that the formation itself is very difficult.
第二群は、光導波路基板にガイドピン用のV溝を形成するものである。この場合、V溝はコアの両脇に形成され、正確にコア端面で溝を終端する必要はないため、簡便な研削加工(グラインダー加工)で形成することができる。しかし、研削は機械加工のため、V溝の形成位置および深さに高い精度は期待できない。そのため、極めて精密な調整を行わないと光ファイバ接続に必要な精度を得ることは難しい。 In the second group, guide groove V grooves are formed on the optical waveguide substrate. In this case, the V-groove is formed on both sides of the core, and it is not necessary to accurately terminate the groove at the end surface of the core. Therefore, the V-groove can be formed by simple grinding (grinding). However, since grinding is a machining process, high accuracy cannot be expected in the formation position and depth of the V-groove. For this reason, it is difficult to obtain the accuracy required for optical fiber connection unless extremely precise adjustment is performed.
第一群と同じようにシリコンの異方性エッチングでガイドピン用のV溝を形成すると、必要な精度は確保できる。しかし、基板にファイバ溝を形成する場合と同じ課題が発生する。V溝を先に形成すると、フォトレジストや光導波路樹脂をスピンコート塗布する際に溝で流れが変わり、基板前面に均一塗布することが難しい。V溝を後に形成すると、前述のようにウェット処理に耐えられる光導波路の材質に乏しい。 If the V groove for the guide pin is formed by anisotropic etching of silicon as in the first group, the necessary accuracy can be ensured. However, the same problem occurs as when fiber grooves are formed on the substrate. If the V-groove is formed first, the flow changes in the groove when spin coating is applied to the photoresist or the optical waveguide resin, and it is difficult to uniformly apply to the front surface of the substrate. If the V-groove is formed later, the material of the optical waveguide that can withstand the wet treatment as described above is poor.
そこで、光導波路への光ファイバの接続を容易にする構造とその製造方法の提供を課題とする。 Therefore, it is an object to provide a structure that facilitates connection of an optical fiber to an optical waveguide and a manufacturing method thereof.
ひとつの態様では、光ファイバ接続構造は、
光導波路が形成された光導波路基板に搭載され、前記光導波路と平行に延びる第1斜面を有するガイドチップと、
光ファイバの配列を保持し、前記ガイドチップの第1斜面に対応する第2斜面を有するファイバ収納基板と、
を含み、前記ファイバ収納基板は、前記第2斜面で前記光導波路基板上の前記ガイドチップの前記第1斜面と嵌合する第1部分と、前記光導波路基板の外側に位置して前記光ファイバを保持する第2部分を有し、前記第2部分で前記光ファイバを一定ピッチで形成された溝内に保持する。
In one aspect, the optical fiber connection structure is:
A guide chip mounted on an optical waveguide substrate on which an optical waveguide is formed and having a first slope extending in parallel with the optical waveguide;
A fiber storage substrate that holds an array of optical fibers and has a second slope corresponding to the first slope of the guide tip;
The fiber housing substrate includes a first portion that fits with the first inclined surface of the guide chip on the optical waveguide substrate at the second inclined surface, and the optical fiber positioned outside the optical waveguide substrate. The second portion holds the optical fiber in a groove formed at a constant pitch.
光導波路への光ファイバの接続が容易になる。 Connection of the optical fiber to the optical waveguide is facilitated.
実施形態の光ファイバ接続構造は、ファイバアレイに保持された光ファイバを光導波路基板に形成された光導波路に接続する。光ファイバ接続構造は、ファイバアレイと、光導波路基板上に配置されるガイドチップとを含み、ガイドチップの側壁に第1斜面を設け、ファイバアレイのファイバ収納基板の側面に第2斜面を設ける。第1斜面と第2斜面の嵌合を利用して光ファイバを光導波路に位置合わせし、接続する。これにより簡単な構成で光ファイバを正確に光導波路に接続することができる。 The optical fiber connection structure of the embodiment connects an optical fiber held in a fiber array to an optical waveguide formed on an optical waveguide substrate. The optical fiber connection structure includes a fiber array and a guide chip disposed on the optical waveguide substrate. The first inclined surface is provided on the side wall of the guide chip, and the second inclined surface is provided on the side surface of the fiber storage substrate of the fiber array. The optical fiber is aligned with and connected to the optical waveguide by utilizing the fitting of the first slope and the second slope. Thus, the optical fiber can be accurately connected to the optical waveguide with a simple configuration.
特に、ガイドチップと光ファイバ収納基板に同じ材料を用い、同じ結晶面を利用して第1斜面と第2斜面を形成する場合は、精密な加工器具を用いなくても異方性エッチングにより第1斜面と第2斜面を正確に一致させることができる。また、金型を利用した射出成形でガイドチップと光ファイバ収納基板を形成する場合も、第1斜面と第2斜面を正確に一致させることができる。 In particular, when the same material is used for the guide chip and the optical fiber storage substrate and the first and second inclined surfaces are formed using the same crystal plane, the first etching is performed by anisotropic etching without using a precise processing tool. The first slope and the second slope can be accurately matched. Moreover, also when forming a guide chip and an optical fiber accommodation board | substrate by injection molding using a metal mold | die, a 1st slope and a 2nd slope can be made to correspond exactly.
図1は、実施例1の光ファイバ接続構造10Aと、これを用いた光モジュール1Aの概略斜視図である。光ファイバ伝送路接続構造10Aは、光導波路基板11上に配置されるガイドチップ13と、ファイバアレイ20を有する。ファイバアレイ20は、1本以上の光ファイバ21と、光ファイバ21を収容するファイバ収納基板25を有する。光ファイバ21を安定して保持するために、ファイバ収納基板25とともに光ファイバ21を挟持するリッド27を含んでもよい。
FIG. 1 is a schematic perspective view of an optical
実施例1では、光伝送路接続構造10Aに一対のガイドチップ13を用いる。ガイドチップ13は、光導波路基板11に形成された光導波路12の両側に配置され、ガイドチップ13の間にファイバアレイ20が挿入される。
In the first embodiment, a pair of
ガイドチップ13は、光導波路12を挟んで互いに対向する面に斜面14を有する。他方、ファイバアレイ20のファイバ収納基板25は、側面にガイドチップ13の斜面14と対応する斜面32を有する。ガイドチップ13の斜面14にファイバ収納基板25の斜面32を嵌合させ、スライドすることによって、光ファイバ21を光導波路12に対して正確に位置合わせし、接続することができる。
The
ファイバ収納基板25は、リッド27から先に延びる領域で、光導波路基板11上のガイドチップ13と嵌合する。後述するように、光ファイバ21は、ファイバ収納基板25の光軸方向の中央近傍まで延びており、光ファイバ21の先端がリッド27の先端面からわずかに突き出ている。これにより、ファイバ収納基板25がガイドチップ13に対して挿入されたときに、光導波路基板11の端面に光ファイバ21が当接し、光導波路基板11の端面で光ファイバ21と光導波路12が光結合する。
The
光伝送路接続構造10Aを用いた光モジュール1Aは、光導波路基板11と、光導波路基板11上に形成された光回路15と、光回路15から光導波路基板11の端部に延びる光導波路12と、光導波路基板11の端部で光導波路12に対して光ファイバ21を接続する光伝送路接続構造10Aを有する。
An
光回路15は、図示はしないが、発光デバイス、光変調器、受光素子、光カプラ・スプリッタ、AWG(Array waveguide Grating)などを含む。光回路15は図示しない電気配線によって電子部品に接続されていてもよい。光回路15が光受信側の導波路回路と光送信側の導波路回路を含む場合は、光回路15への入力のための光導波路12と、光回路15からの出力のための光導波路12を光導波路基板11上に形成してもよい。その場合は、入力用の光導波路12と出力用の光導波路のそれぞれに対して光伝送路接続構造10Aを配置してもよい。
Although not shown, the
図2〜図4は、実施例1の光伝送路接続構造10Aの接続過程を示す図である。まず、図2に示すように、ファイバアレイ20を作製する。図2(A)で、ファイバ収納基板25に光ファイバ21を実装する。ファイバ収納基板25は、ファイバ保持面31に一定のピッチで形成されたV溝34を有し、ファイバ保持面31の両側の側壁に、ガイドチップ13の斜面14に対応する斜面32を有する。
2 to 4 are diagrams illustrating a connection process of the optical transmission
ファイバ収納基板25は、たとえばシリコン基板である。この場合、シリコンの異方性エッチングを用いることにより、シリコンの結晶面で決まる正確な角度を有するV溝34を形成することができる。V溝34の幅と深さは、結晶面の利用とフォトリソグラフィ技術を併用することで、正確に制御することができる。ファイバ収納基板25の側面もV溝34の形成と同時にエッチングを行って斜面32を形成する。V溝34に対する斜面32の位置はフォトリソグラフィの精度で決まるので、ファイバ収納基板25の両側面の斜面32の位置は、V溝34に対して正確に規定される。
The
V溝34に光ファイバ21を実装する際に、光ファイバ21の先端がファイバ収納基板25のほぼ中央に位置するように、光ファイバ21を配置する。光ファイバ21は図示しないテープ心線の被覆を除去し、劈開法もしくはレーザ切断により先端を切断したものであり、その長さが揃っている。リッド27を用いて、光ファイバ21をファイバ収納基板25のV溝34に押さえつけながら接着する。液状またはゲル状の接着剤を用いる場合は接着剤が光ファイバ21の先端よりも先に流れ出ないように、その量を適切に調整する。図2(A)の例では、接着フィルム23a、23bを用いて接着する。
When the
接着フィルム23a、23bを用いて光ファイバ21をリッド27とファイバ収納基板25の間に保持することで、図2(B)に示すファイバアレイ20が完成する。一般的なファイバアレイでは、光ファイバはV溝の終端まで配置され、端面が研磨仕上げされている。これに対して、図2の構成では、光ファイバ21の端面がファイバ収納基板25の途中に位置する。図の構成を採用することで、ファイバ収納基板25の光ファイバ21を実装していない領域を、光導波路基板11の表面に対する接合エリアとして使用することができる。従来の構成と比較して光導波路基板11との接合面が増大し、強固で経年変化の少ない固定が実現する。
By holding the
また、V溝34に実装された光ファイバ21の先端は、リッド27の先端よりも突き出ている。これにより、光ファイバ21と光導波路基板11上の光導波路12との結合を確保する。また、リッド27から接着剤23a、23bの一部が流出して光ファイバ21と光導波路12との結合が妨げられることを防止する。
Further, the tip of the
次に、図3の工程で、光導波路基板11上にガイドチップ13を搭載し、ファイバアレイ20をそのファイバ保持面を下に向けて、光導波路基板11の上方に配置する。光導波路基板11は、たとえばシリコン基板であり、シリコンフォトニクス技術を用いて、光導波路12が光回路15とともに形成されている。
Next, in the step of FIG. 3, the
ガイドチップ13は、たとえばシリコンなどの結晶性基板を用いて作製する。異方性エッチングにより、その結晶面を利用してガイドチップ13の斜面14を形成する。上述したように、ファイバ収納基板25と同じ結晶材料の同じ結晶面を利用することで、ガイドチップ13の斜面14とファイバ収納基板25の斜面32を正確に一致させることができる。一対のガイドチップ13をその斜面14を光伝送路14に向けて光導波路基板11上に実装する。
The
ガイドチップ13の実装位置で、光ファイバ21のコアと光導波路12とのコア接合の精度が決まる。光導波路基板11に光導波路12を形成するときのマスクを用いて光導波路基板11上にアライメントマークを形成しておき、高精度フリップチップボンダ(東レエンジニアリング製、OF2000、精度±0.5μm)を用いることで、光導波路12に対するガイドチップ13の位置精度を確保することができる。
The accuracy of core bonding between the core of the
図3(B)は、図3(A)のA−A'断面図である。ファイバ収納基板25のV溝34に対する側壁の斜面32の位置は、フォトリソフラフィの精度で正確に規定されている。光導波路基板11の光導波路12に対するガイドチップ13の斜面14の位置は、フォトリソグラフィによるアライメントマーク形成の精度とフリップチップボンダの精度で正確に規定されている。また、ファイバ収納基板25の斜面32の角度と、ガイドチップ13の斜面14の角度は、同じ結晶面を利用した異方性エッチングで制御されている。
FIG. 3B is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. The position of the
次に、図4の工程で、ガイドチップ13の斜面14と、ファイバ収納基板11の斜面32を合わせた状態でファイバアレイ20をスライドさせ、光ファイバ21の端面が光導波路基板11の端面に突き当たったところで接着固定する。これにより、光導波路12と光ファイバ21の接続が完了し、光モジュール1Aが完成する。
Next, in the process of FIG. 4, the
図4(B)は図4(A)のB−B'断面図、図4(C)は図4(A)のC−C'断面図である。図4(B)に示すように、光ファイバコア21aと、光導波路12が光導波路基板11の端面で一致している。光ファイバの配列方向(X方向)の位置精度は、上述のようにV溝34に対する斜面32の位置精度と、光導波路12に対するガイドチップ13の搭載位置精度と、斜面32と斜面14の角度の精度によって、確保されている。
4B is a cross-sectional view taken along the line BB ′ of FIG. 4A, and FIG. 4C is a cross-sectional view taken along the line CC ′ of FIG. As shown in FIG. 4B, the
光ファイバコア21aの高さ方向(Y方向)の位置精度は、V溝34内での光ファイバ21の位置で決まる。実施例1では、ファイバ収納基板25の特定の結晶面を利用して異方性エッチングを行うので、光ファイバ21の直径からV溝34の幅を指定することで、V溝の深さが決まる。したがって、高さ方向でも光ファイバコア21aと、光導波路基板11の光導波路12の位置が一致する。
The positional accuracy of the
図4(C)に示すように、光軸方向(Z方向)の光ファイバコア21aの位置精度は、光ファイバ21の先端をファイバ収納基板25の途中に位置し、かつリッド27の前面27aから光ファイバ21の先端が突き出るように実装することで確保される。ガイドチップ13の斜面14の間にファイバ収納基板25をスライド挿入することで、光ファイバ21はZ方向に移動し、その先端が光導波路基板11の端面に突き当たった時点でZ方向への移動が終了する。この状態で、ファイバ収納基板25を光導波路基板11に接着固定することで、光モジュール1Aが完成する。
As shown in FIG. 4C, the positional accuracy of the
実施例1の構成によると、簡単な構成で光導波路12に対して光ファイバ21を位置合わせして接続することができる。
According to the configuration of the first embodiment, the
図5は、実施例1の変形例としての光ファイバ接続構成10Bと、これを用いた光モジュール1Bの概略構成図である。図1〜図4の構成では、ファイバ収納基板25が完全にガイドチップ13の間に入り込み、ファイバ収納基板25のファイバ実装面が、光導波路基板11の表面に接触してスライドしていた。
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of an optical
図5の変形例では、ファイバ収納基板75のV溝84を、シリコンの異方性エッチングではなく、ガラスなどへの研削(グラインド)加工により形成する。研削加工によるV溝84は簡便なため、安価なファイバアレイに用いられている。V溝84のピッチと深さの均一性は、光ファイバの整列用途としては十分であるが、深さの絶対値は保証できない。言い換えると、研削加工のV溝84に光ファイバ21を整列させると光ファイバ21は均等に並ぶが、光ファイバコア21aのファイバ収納基板75の表面からの高さは、必ずしもターゲットとする高さになるとは限らない。このため、研削加工は従来型のバットジョイントタイプのファイバアレイに多用されるが、溝形状の正確性が求められる用途には一般的には用いられない。
In the modification shown in FIG. 5, the V-
図5の変形例では、V溝84のピッチの正確性を利用することで、安価な研削溝を、形状の正確性が求められるV溝84に適用する。具体的には、図5(A)に示すように、光ファイバ21の心数よりも少なくとも2個多いV溝84を形成する。必要な数の溝配列の外側のV溝を破線で示す切断ラインで切断する。
In the modification of FIG. 5, by using the accuracy of the pitch of the V-
図5(B)に示すように、切断の結果、ファイバ収納基板75の側面の一部にV溝84の斜面形状と同一の斜面82が形成される。光導波路基板11上に配置されるガイドチップ13の斜面14の傾きも、ファイバ収納基板75の斜面82、すなわちV溝84の斜面の傾きに合わせる。これは、V溝84の形成と同一のブレード、もしくは同じ角度を有する大型ブレードを用いて基板を切断してガイドチップ13を形成することで実現できる。光導波路基板11上へのガイドチップ13の搭載精度は、上述したようにフォトリソグラフィによるアライメントマーク形成の精度と、フリップチップボンダの精度により保証されている。
As shown in FIG. 5B, as a result of the cutting, a
図5(C)に示すように、図4と同様の方法でファイバ収納基板75のファイバ保持面を下にしてファイバ収納基板75をガイドチップ13の間にはめ込み、光ファイバ21の先端が光導波路基板11の端面に当たるまでファイバ収納基板75をスライドさせる。ファイバ収納基板75の側面の斜面82と、ガイドチップ13の斜面14はほぼ一致するので、ファイバ配列方向(X方向)で光導波路12と光ファイバコア21aの位置が整合した状態でファイバ収納基板75が光導波路基板11上に実装される。
As shown in FIG. 5C, the
光ファイバ21のコア21aの高さ方向(Y方向)の位置は、ガイドチップ13のX方向での斜面14の位置で決まる。そして、斜面14のX方向での位置精度は十分に確保されている。したがって、V溝84の深さの絶対値が設計された値と異なる場合でも、ファイバ収納基板75の斜面82をガイドチップ13の斜面14に嵌合させることで、Y方向で光ファイバコア21aを光導波路12にアラインさせることができる。この場合、ファイバ収納基板75の表面は必ずしも光導波路基板11の表面と一致せず、空間85が生じる場合もある。しかし、光ファイバコア21aの高さ位置が光導波路12の高さ位置と整合する限り問題はない。
The position of the core 21a of the
図6〜図8は、実施例2の光ファイバ接続構造30と、その接続過程を示す図である。実施例1では、光導波路基板11の光導波路12の両側に斜面14を有するガイドチップ13を配置していた。実施例2では、光導波路基板11の光導波路12上にひとつのガイドチップ53を配置し、ファイバ収納基板45にガイドチップ53と嵌合する溝61を形成する。
FIGS. 6-8 is a figure which shows the optical
図6は、実施例2で用いるファイバアレイ40の構成を示す図である。ファイバアレイ40は、1本以上の光ファイバ21と、光ファイバ21を収容するファイバ収納基板45を有する。光ファイバ21を安定して保持するために、ファイバ収納基板45とともに光ファイバ21を挟持するリッド47を含んでもよい。
FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of the
ファイバ収納基板45は、光ファイバ21を受け取るV溝64が形成される領域と、V溝が形成される領域よりも先の領域に形成されるリセス61を有する。リッド47は、V溝64が形成された領域で光ファイバ21をファイバ収納基板45に対して押圧する。光ファイバ21をファイバ収納基板45に固定する手段として、図6(A)に示すように接着フィルム43a、43bを用いるが、この例に限定されない。
The
図6(B)に示すように、ファイバ収納基板45に実装された光ファイバ21の先端部は、リッド47よりも前方にわずかに突出する。この構成により、ファイバ収納基板45が光導波路基板11に搭載されたときに、光ファイバ21の先端が必ず光導波路12に突き当たる。また仮に接着材料が流れ出した場合でも、光ファイバ21の先端と光導波路12との光結合が確保される。
As shown in FIG. 6B, the tip of the
リセス61は、V溝64の領域よりも先の部分を異方性エッチングによって掘り込むことによって形成される。リセス61の深さは一例として数百ミクロンである。リセス61はその側壁に斜面62を有する。斜面62は特定の結晶面を利用して形成され、斜面62の角度とV溝64の角度はほぼ同じである。
The
図7で、光導波路基板11のエッジ近傍の光導波路12上にガイドチップ53を配置する。また、ファイバアレイ40を、そのファイバ実装面が光導波路12と向き合うように光導波路基板11の上方に配置する。ファイバアレイ40とガイドチップ53で、光ファイバ接続構造30を構成する。光導波路12は、光ファイバ21を介した光信号の送受信のために、光回路15から光導波路基板11のエッジまで延びている。
In FIG. 7, the
ガイドチップ53は、その側面に斜面54を有し、斜面54は光導波路12の光軸と平行に位置する。ガイドチップ53の斜面54は、ファイバ収納基板45のリセス61の側壁の斜面62と同じ傾斜角を有する。ガイドチップ53をファイバ収納基板45と同じ材料で作製し、同じ結晶面を利用して異方性エッチングを行うことでリセス61の斜面62と同一形状の斜面54を形成することができる。ガイドチップ54の高さは、リセス61の深さに対応する。
The
光導波路基板11へのガイドチップ54の実装精度は、実施例1と同様に、図示しないアライメントマークの形成精度とフリップチップボンダの精度によって保証されている。ファイバ収納基板45のリセス61をガイドチップ53上にかぶせ、ガイドチップ53の斜面54に沿ってファイバ収納基板45をスライドさせることで、ファイバ収納基板45を光導波路基板11に搭載する。
As in the first embodiment, the mounting accuracy of the
図8は、光ファイバ21と光導波路12の接続状態を示す。図8(B)は図8(A)のD−D'断面図、図8(C)は図8(A)のE−E'断面図である。ガイドチップ53の斜面54に沿ってファイバ収納基板45をスライドさせた結果、光ファイバ21の先端が光導波路基板11の端面に露出する光導波路12に突き当たった状態を示す。この状態でファイバ収納基板45を光導波路基板11に接着固定する。
FIG. 8 shows a connection state between the
図8(B)及び図8(C)に示すように、光ファイバコア21aと光導波路12が、ファイバ配列方向と高さ方向の双方で一致し、マルチファイバで安定した接続が実現する。実施例2の構成は、ガイドチップ54が1個で済むというメリットがある。
As shown in FIGS. 8B and 8C, the
実施例1及び実施例2の構成及び手法により、ガイドチップを用いて光ファイバと光導波路との位置合わせが簡便になる。また、ファイバ収納基板(25、75、45)の広い面積を光導波路基板11との接合領域に用いることができるので、接合が強固になる。さらに、結晶面を利用してV溝や斜面を形成する場合は位置合わせ精度がさらに向上する。
With the configuration and method of the first and second embodiments, the alignment between the optical fiber and the optical waveguide is simplified using the guide chip. In addition, since a wide area of the fiber storage substrate (25, 75, 45) can be used for the bonding region with the
以上の説明に対し、以下の付記を提示する。
(付記1)
光導波路が形成された光導波路基板に搭載され、前記光導波路と平行に延びる第1斜面(14,54)を有するガイドチップと、
光ファイバの配列を保持し、前記ガイドチップの第1斜面に対応する第2斜面を有するファイバ収納基板と、
を含み、前記ファイバ収納基板は、前記第2斜面で前記光導波路基板上の前記ガイドチップの前記第1斜面と嵌合する第1部分と、前記光導波路基板の外側に位置して前記光ファイバを保持する第2部分を有し、前記第2部分で前記光ファイバを一定ピッチで形成された溝内に保持することを特徴とする光ファイバ接続構造。
(付記2)
前記ガイドチップは、前記光導波路の両側に配置される一対のガイドチップであり、前記第1斜面は前記光導波路を挟んで対向する位置にあり、
前記第2斜面は、前記ファイバ収納基板の側面に形成されていることを特徴とする付記1に記載の光ファイバ接続構造。
(付記3)
前記ガイドチップは、前記光導波路上に配置される1つのガイドチップであり、
前記ファイバ収納基板は、前記第1部分に形成されたリセスを有し、
前記第2斜面は、前記リセスの側壁に形成されていることを特徴とする付記1に記載の光ファイバ接続構造。
(付記4)
前記ガイドチップと前記ファイバ収納基板は同一の材料で形成され、前記第1斜面と前記第2斜面は同じ結晶面で形成されていることを特徴とする付記1〜3のいずれかに記載の光ファイバ接続構造。
(付記5)
前記ガイドチップの前記第1斜面と、前記ファイバ収納基板の前記第2斜面は切削加工で形成されていることを特徴とする付記1〜3のいずれかに記載の光ファイバ接続構造。
(付記6)
前記光ファイバの先端は、前記ファイバ収納基板の前記第1部分と前記第2部分の境界近傍に位置することを特徴とする付記1〜5のいずれかに記載の光ファイバ接続構造。
(付記7)
光回路と前記光回路から延びる光導波路を有する光導波路基板と、
前記光導波路基板の端部に配置され、前記光導波路と光ファイバを接続する付記1〜6のいずれかに記載の光ファイバ接続構造と、
を有する光モジュール。
(付記8)
第1斜面を有するガイドチップを、光導波路が形成された光導波路基板上に、前記第1斜面が前記光導波路と平行に位置するように配置し、
前記第1斜面に対応する第2斜面を有する第1部分と、前記第1部分の後方で光ファイバの配列を保持する第2部分とを有するファイバ収納基板を準備し、
前記ファイバ収納基板の前記光ファイバを保持する面を前記光導波路基板に向け、前記ファイバ収納基板の前記第2斜面を前記ガイドチップの前記第1斜面上にスライドさせて前記光ファイバの先端を前記光導波路の端面に近づけ、
前記第2部分に保持された前記光ファイバの先端が前記光導波路基板の端面に当たったところで、前記ファイバ収納基板を前記光導波路基板に固定する、
ことを特徴とする光ファイバの接続方法。
(付記9)
一対の前記ガイドチップを準備し、前記第1斜面が前記光導波路を挟んで対向するように前記ガイドチップを前記光導波路の両側に配置し、
前記ファイバ収納基板の側面に前記第2斜面を形成し、
前記ファイバ収納基板の前記第1部分を、前記一対の前記ガイドチップの間に挿入して前記第2斜面を前記第1斜面上でスライドさせることを特徴とする付記8に記載の光ファイバの接続方法。
(付記10)
両側壁に前記第1斜面を有する前記ガイドチップを、前記光導波路上に配置し、
前記ファイバ収納基板の前記第1部分に前記第2斜面を有するリセスを形成し、
前記リセスと前記ガイドチップを嵌合させて前記第2斜面を前記第1斜面上にスライドさせることを特徴とする付記8に記載の光ファイバの接続方法。
(付記11)
同一の材料で作製された前記ガイドチップと前記ファイバ収納基板を用い、前記第1斜面と前記第2斜面を同じ結晶面の異方性エッチングにより形成することを特徴とする付記8に記載の光ファイバの接続方法。
(付記12)
前記第1斜面が切削技術で形成された前記ガイドチップと、前記第2斜面が前記第1斜面と同じ切削技術で形成された前記ファイバ収納基板を用いることを特徴とする付記8に記載の光ファイバの接続方法。
The following notes are presented for the above explanation.
(Appendix 1)
A guide chip mounted on an optical waveguide substrate on which an optical waveguide is formed and having a first inclined surface (14, 54) extending in parallel with the optical waveguide;
A fiber storage substrate that holds an array of optical fibers and has a second slope corresponding to the first slope of the guide tip;
The fiber housing substrate includes a first portion that fits with the first inclined surface of the guide chip on the optical waveguide substrate at the second inclined surface, and the optical fiber positioned outside the optical waveguide substrate. An optical fiber connection structure, wherein the optical fiber is held in a groove formed at a constant pitch by the second portion.
(Appendix 2)
The guide chips are a pair of guide chips disposed on both sides of the optical waveguide, and the first inclined surface is at a position facing the optical waveguide,
The optical fiber connection structure according to appendix 1, wherein the second slope is formed on a side surface of the fiber storage substrate.
(Appendix 3)
The guide chip is one guide chip disposed on the optical waveguide,
The fiber housing substrate has a recess formed in the first portion;
The optical fiber connection structure according to appendix 1, wherein the second slope is formed on a side wall of the recess.
(Appendix 4)
The light according to any one of appendices 1 to 3, wherein the guide chip and the fiber storage substrate are formed of the same material, and the first inclined surface and the second inclined surface are formed of the same crystal plane. Fiber connection structure.
(Appendix 5)
The optical fiber connection structure according to any one of appendices 1 to 3, wherein the first inclined surface of the guide tip and the second inclined surface of the fiber storage substrate are formed by cutting.
(Appendix 6)
The optical fiber connection structure according to any one of appendices 1 to 5, wherein a tip end of the optical fiber is positioned in the vicinity of a boundary between the first portion and the second portion of the fiber housing substrate.
(Appendix 7)
An optical waveguide substrate having an optical circuit and an optical waveguide extending from the optical circuit;
The optical fiber connection structure according to any one of supplementary notes 1 to 6, which is disposed at an end of the optical waveguide substrate and connects the optical waveguide and an optical fiber;
An optical module.
(Appendix 8)
A guide chip having a first slope is disposed on an optical waveguide substrate on which an optical waveguide is formed so that the first slope is positioned in parallel with the optical waveguide,
Preparing a fiber storage substrate having a first portion having a second slope corresponding to the first slope and a second portion holding an optical fiber array behind the first portion;
The surface of the fiber storage substrate holding the optical fiber is directed to the optical waveguide substrate, the second inclined surface of the fiber storage substrate is slid onto the first inclined surface of the guide chip, and the tip of the optical fiber is Close to the end face of the optical waveguide,
When the tip of the optical fiber held by the second portion hits the end surface of the optical waveguide substrate, the fiber storage substrate is fixed to the optical waveguide substrate.
An optical fiber connection method.
(Appendix 9)
Preparing a pair of the guide chips, arranging the guide chips on both sides of the optical waveguide so that the first inclined surface is opposed to the optical waveguide,
Forming the second slope on a side surface of the fiber housing substrate;
The optical fiber connection according to appendix 8, wherein the first portion of the fiber housing substrate is inserted between the pair of guide chips, and the second inclined surface is slid on the first inclined surface. Method.
(Appendix 10)
The guide chip having the first slope on both side walls is disposed on the optical waveguide,
Forming a recess having the second slope on the first portion of the fiber housing substrate;
The optical fiber connection method according to appendix 8, wherein the recess and the guide chip are fitted to slide the second inclined surface onto the first inclined surface.
(Appendix 11)
The light according to appendix 8, wherein the first inclined surface and the second inclined surface are formed by anisotropic etching of the same crystal plane using the guide chip and the fiber storage substrate made of the same material. Fiber connection method.
(Appendix 12)
The light according to appendix 8, wherein the guide tip in which the first slope is formed by a cutting technique and the fiber storage substrate in which the second slope is formed by the same cutting technique as the first slope are used. Fiber connection method.
1A、1B、2 光モジュール
10A、10B、30 光ファイバ接続構造
11 光導波路基板
12 光導波路
13、53 ガイドチップ
14、54 ガイドチップの斜面(第1斜面)
15 光回路
20、40 ファイバアレイ
21 光ファイバ
21a 光ファイバコア
25、45、75 ファイバ収納基板
32、62、82 ファイバ収納基板の斜面(第2斜面)
34、64、84 V溝
1A, 1B, 2
DESCRIPTION OF
34, 64, 84 V groove
Claims (6)
光ファイバの配列を保持し、前記ガイドチップの第1斜面に対応する第2斜面を有するファイバ収納基板と、
を含み、前記ファイバ収納基板は、前記第2斜面で前記光導波路基板上の前記ガイドチップの前記第1斜面と嵌合する第1部分と、前記光導波路基板の外側に位置して前記光ファイバを保持する第2部分を有し、前記第2部分で前記光ファイバを一定ピッチで形成された溝内に保持し、
前記第1部分は、前記光導波路基板の端面まで延びる前記光導波路の一部を覆い、前記第2部分において、前記光ファイバの先端が前記光導波路基板の端面に嵌合して前記端面で前記光導波路と前記光ファイバが接続されていることを特徴とする光ファイバ接続構造。 A guide chip mounted on an optical waveguide substrate on which an optical waveguide is formed and having a first slope extending in parallel with the optical waveguide;
A fiber storage substrate that holds an array of optical fibers and has a second slope corresponding to the first slope of the guide tip;
The fiber housing substrate includes a first portion that fits with the first inclined surface of the guide chip on the optical waveguide substrate at the second inclined surface, and the optical fiber positioned outside the optical waveguide substrate. And holding the optical fiber in a groove formed at a constant pitch in the second portion ,
The first portion covers a part of the optical waveguide extending to an end surface of the optical waveguide substrate, and in the second portion, the tip of the optical fiber is fitted to the end surface of the optical waveguide substrate, and the end surface An optical fiber connection structure , wherein an optical waveguide and the optical fiber are connected .
前記第2斜面は、前記ファイバ収納基板の側面に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の光ファイバ接続構造。 The guide chips are a pair of guide chips disposed on both sides of the optical waveguide, and the first inclined surface is at a position facing the optical waveguide,
The optical fiber connection structure according to claim 1, wherein the second inclined surface is formed on a side surface of the fiber housing substrate.
前記ファイバ収納基板は、前記第1部分に形成されたリセスを有し、
前記第2斜面は、前記リセスの側壁に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の光ファイバ接続構造。 The guide chip is one guide chip disposed on the optical waveguide,
The fiber housing substrate has a recess formed in the first portion;
The optical fiber connection structure according to claim 1, wherein the second slope is formed on a side wall of the recess.
前記光導波路基板の端部に配置され、前記光導波路と光ファイバを接続する請求項1〜4のいずれか1項に記載の光ファイバ接続構造と、
を有する光モジュール。 An optical waveguide substrate having an optical circuit and an optical waveguide extending from the optical circuit;
The optical fiber connection structure according to any one of claims 1 to 4, which is disposed at an end of the optical waveguide substrate and connects the optical waveguide and an optical fiber.
An optical module.
前記第1斜面に対応する第2斜面を有する第1部分と、前記第1部分の後方で光ファイバの配列を保持する第2部分とを有するファイバ収納基板を準備し、
前記ファイバ収納基板の前記光ファイバを保持する面を前記光導波路基板に向け、前記ファイバ収納基板の前記第2斜面を前記ガイドチップの前記第1斜面上にスライドさせて前記光ファイバの先端を前記光導波路の端面に近づけ、
前記第2部分に保持された前記光ファイバの先端が前記光導波路基板の端面に当たったところで、前記ファイバ収納基板を前記光導波路基板に固定し、
前記第1部分で前記光導波路基板の端面まで延びる前記光導波路の一部を覆い、前記第2部分で前記光ファイバを前記光導波路基板の端面に嵌合させて前記端面で前記光導波路と前記光ファイバを接続することを特徴とする光ファイバの接続方法。 A guide chip having a first slope is mounted on an optical waveguide substrate on which an optical waveguide is formed so that the first slope is positioned in parallel with the optical waveguide,
Preparing a fiber storage substrate having a first portion having a second slope corresponding to the first slope and a second portion holding an optical fiber array behind the first portion;
The surface of the fiber storage substrate holding the optical fiber is directed to the optical waveguide substrate, the second inclined surface of the fiber storage substrate is slid onto the first inclined surface of the guide chip, and the tip of the optical fiber is Close to the end face of the optical waveguide,
When the tip of the optical fiber held by the second portion hits the end surface of the optical waveguide substrate, the fiber storage substrate is fixed to the optical waveguide substrate ,
The first portion covers a part of the optical waveguide extending to the end surface of the optical waveguide substrate, the second portion is fitted with the optical fiber to the end surface of the optical waveguide substrate, and the optical waveguide is An optical fiber connection method comprising connecting an optical fiber.
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