JP7107194B2

JP7107194B2 - 光接続構造

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Publication number: JP7107194B2
Application number: JP2018226286A
Authority: JP
Inventors: 裕士石川; 光太鹿間; 祐子河尻; 淳荒武
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2018-12-03
Filing date: 2018-12-03
Publication date: 2022-07-27
Anticipated expiration: 2038-12-03
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Description

本発明は、光通信や光センシングといった光信号の処理が必要な技術分野における、光導波路チップと光ファイバとの接続構造に関するものである。

光通信や光センシングといった光信号処理技術を使用する産業分野は関連分野と共に急速に発展し続けている。この光信号処理技術と同様に急速な発展を続けていると同時に、光信号処理技術と組み合わせて使用されていることが多いのが電子回路技術である。しかし、この電子回路技術と比べると、光信号処理技術にはいくつか難点がある。それは、小型化と簡便な接続である。

シリコンを中心とする電子回路技術においては、スケーリング則により微細化がそのまま高性能化につながるため、非常に活発に微細化が推し進められてきた。しかしながら、光信号処理技術においては、空間光学系では系のサイズが非常に大きくなってしまう。また、空間光学系より小さな系を実現できる平面光波回路（ＰＬＣ：Planar Lightwave Circuit）においても、カットオフ条件から、最も基本的な光学素子である導波路のサイズですら数μｍから数百ｎｍオーダーとなってしまい、電子回路技術と比較して大きなデバイスサイズとなりがちである。

次に簡便な接続という点においても、電子回路技術の場合、低周波領域では単に金属等の導体を接続するというだけで非常に簡便に信号を伝達することが可能であり、高周波領域においてもＲＦコネクタのようなプラガブルな接続技術が成熟している。しかしながら、光信号処理技術の場合、単に光信号を伝送する媒体を接続するだけでは良好な接続を実現することができない。光信号処理技術において良好な接続を得るためには、デバイス間の高精度のアライメントが不可欠であり、例えばシングルモード導波路を持つデバイスの場合、材質や設計にもよるが、サブμｍオーダーの精度でのアライメントが必要である。

一般にシングルモード導波路を持つＰＬＣだけで光信号処理が完結することは少なく、ほとんどの場合ＰＬＣに光ファイバを接続して光信号の入出力を実現する。この時、シングルモード導波路を持つＰＬＣに対しては、シングルモードの光ファイバを用いることが非常に多い。つまりシングルモード導波路同士の光接続が必要ということになり、やはりサブμｍオーダーの精度でのアライメントが必要となる。
こういった、シングルモード導波路を持つＰＬＣとシングルモード光ファイバの接続のうち、マイクロレンズ等を介さない光の結合を取る手法として代表的なものが２つある。１つの手法は、グレーティングカプラを用いた、ＰＬＣの導波方向に対してほぼ鉛直な方向における光結合であり、もう１つの手法が、ＰＬＣ端面での直接光結合である。

図２３は、非特許文献１に開示されたグレーティングカプラを用いた、ＰＬＣの導波方向に対してほぼ鉛直な方向における光結合の１例を示す斜視図である。図２３に示すＰＬＣと光ファイバの接合例では、シリコン系ＰＬＣ１２０１と光ファイバ１２０２とが光接合を形成している。シリコン系ＰＬＣ１２０１は、Ｓｉ基板１２０８に光導波路１２０３が形成された構造となっている。光導波路１２０３は、ＳｉＯ₂からなるクラッド層１２０３ａと、クラッド層１２０３ａの中に形成されたＳｉからなるコア１２０３ｂとから構成される。図２３では、光導波路１２０３はマッハツェンダー干渉計を構成しているが、あくまで一例でありどのような回路を持っていても良い。

光学接着剤１２０４によりシリコン系ＰＬＣ１２０１と光ファイバ１２０２とは物理的に接合されている。光導波路１２０３には、グレーティングカプラ１２０７が接続されており、光学的には光導波路１２０３は、グレーティングカプラ１２０７を介して光ファイバ１２０２と接続されている。このような構成をとるためには、一般にグレーティングカプラ１２０７付近に光ファイバ１２０２を近づけて、アクティブアライメントにより光ファイバ１２０２の最適な位置を決定した後に、光学接着剤１２０４により光ファイバ１２０２の固定を行うことになる。このような構成はシリコン系ＰＬＣに多く見られる形態となっている。

図２４は、非特許文献２に開示されたＰＬＣ端面での直接光結合の１例を示す斜視図である。図２４に示すＰＬＣと光ファイバの接合例では、石英系ＰＬＣ１３０１と光ファイバ１３０２とが光結合を形成している。石英系ＰＬＣ１３０１は、Ｓｉ基板１３０７に光導波路１３０３が形成された構造となっている。光導波路１３０３は、ノンドープのＳｉＯ₂からなるクラッド層１３０３ａと、クラッド層１３０３ａの中に形成された、Ｇｅドーパントが添加されたＳｉＯ₂からなるコア１３０３ｂとから構成される。図２４では、光導波路１３０３はマッハツェンダー干渉計を構成しているが、あくまで一例でありどのような回路を持っていても良い。

ガラスブロック１３０６と石英系ＰＬＣ１３０１とはあらかじめ接合されおり、光ファイバ１３０２とファイバブロック１３０５もあらかじめ接合されている。これら、ガラスブロック１３０６と石英系ＰＬＣ１３０１間の接合および光ファイバ１３０２と光ファイバ１３０５間の接合は物理的なものであり、光接合に先立って形成されているものである。光接合を行うためには、一般に石英系ＰＬＣ１３０１の端面の光導波路１３０３のコア１３０３ｂの端面付近に、ファイバブロック１３０５に接合されている光ファイバ１３０２のコア端面を近づけて、アクティブアライメントにより光ファイバ１３０２の最適な位置を決定した後に、光学接着剤１３０４によりファイバブロック１３０５の固定を行うことになる。このような構成は石英系ＰＬＣに多く見られる形態となっている。

図２３、図２４に示した構造では、上記のとおりアクティブアライメントによりＰＬＣと光ファイバの光接続の位置合わせを行っている。アクティブアライメントは、一般に専用の装置を用いる位置合わせ手法で、ＰＬＣおよび光ファイバに光を通して、その伝搬光を観測しながら位置を調整するものであり、伝搬光の観測結果から最も適切な位置に到達したと思われるときにＰＬＣと光ファイバの接着を行う手法である。アクティブアライメントでは、通常、伝搬光の強度を観測して、その伝搬光の強度が最大となったときが最も適切な位置であると判断して、接着を行うことが一般的である。

これに対してパッシブアライメントという概念も存在する。パッシブアライメントでは、専用の装置を必要とせず、光伝搬およびその観測も必要とせず、位置合わせをするべき素子同士の物理的構造を利用して嵌合や突合せにより位置合わせを行うことが提案されている。しかしながら、現時点では、ＰＬＣと光ファイバの間の光接合において成熟したパッシブアライメント技術は存在しない状態にある。

以上のように、図２３、図２４に示した例で実現されるＰＬＣと光ファイバの光接続は、いずれもアクティブアライメントを要求するものとなっている。しかしながら、アクティブアライメントは、複雑な実装装置を必要とすると共に、長い実装時間および高い実装コストという課題があった。このような課題はパッシブアライメントにより解消されるものであるが、適切なＰＬＣと光ファイバ間のパッシブアライメント手法が確立されていなかった。

Dirk Taillaert et al，"Grating Couplers for Coupling between Optical Fibers and Nanophotonic Waveguides"，Japanese Journal of Applied Physics，Vol.45，No.8A，p.6071-6077，2006 河内正夫，"プレーナ光波回路デバイス"，電子情報通信学会論文誌，C-II，Vol.J81-CII，No.6，pp.513-523，1998

本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、光導波路チップと光ファイバの接続をパッシブアライメントにより実現し、光導波路チップと光ファイバの接続における実装時間および実装コストを低減することができる光接続構造を提供することにある。

本発明の光接続構造は、基板上に形成された光導波路と、前記光導波路と光学的に接続された少なくとも１つのグレーティングカプラと、少なくとも１つの溝とを有する光導波路チップと、この光導波路チップの溝と嵌合する少なくとも１つの光ファイバとからなり、前記少なくとも１つの溝は、前記光導波路を構成するクラッド層における前記グレーティングカプラの近傍の位置から前記クラッド層の面内方向に沿って伸長し、前記光導波路チップの端面に達しない位置で終わるように形成され、前記光ファイバは、前記光導波路チップの前記グレーティングカプラが形成された面に対して傾いた状態で前記溝の複数の点と触れるようにして前記溝と嵌合し、前記グレーティングカプラの近傍に前記光ファイバの端面が位置するように配置されて、前記グレーティングカプラと光学的に接続していることを特徴とするものである。
また、本発明の光接続構造の１構成例において、前記光ファイバは、前記溝と嵌合している状態で光学接着剤により前記光導波路チップに接着されていることを特徴とするものである。
また、本発明の光接続構造の１構成例において、前記光学接着剤は、前記溝と嵌合している光ファイバの先端を覆うと共に、この光ファイバと光学的に接続しているグレーティングカプラを覆うように設けられることを特徴とするものである。

また、本発明の光接続構造の１構成例において、前記光ファイバと嵌合する溝は、上から見た平面形状が、前記グレーティングカプラに近い側が矩形、前記光導波路チップの端面に近い側が楕円半球で、前記矩形の幅と前記楕円半球の短径とが一致するように前記矩形と前記楕円半球とを合成した形状である。
また、本発明の光接続構造の１構成例において、前記光ファイバのうち少なくとも１つは、熱拡大コア光ファイバ、レンズドファイバ、斜め切断ファイバ、多芯ファイバもしくはマルチコアファイバである。
また、本発明の光接続構造の１構成例において、前記光ファイバと嵌合する溝は、前記クラッド層を貫通して、クラッド層と異なる下部層が露出する深さまで形成され、この下部層の上面を溝の底面とすることを特徴とするものである。

本発明では、光導波路チップのグレーティングカプラの近傍の位置に溝を形成し、グレーティングカプラの近傍に端面が位置するように光ファイバを溝と嵌合させて、グレーティングカプラと光ファイバとを光学的に接続する。本発明では、光導波路チップと光ファイバの位置決めの少なくとも一部をパッシブアライメントで実現することができるので、実装における高精度な部品配置工程を解消・緩和し、実装時間および実装コストを低減し、歩留まりを向上させることができる。

また、本発明では、光ファイバを、溝と嵌合している状態で光学接着剤により光導波路チップに接着することにより、光導波路チップと光ファイバの安定した光接続を実現することができ、実装時間および実装コストを低減することができる。

また、本発明では、溝と嵌合している光ファイバの先端を覆うと共に、この光ファイバと光学的に接続しているグレーティングカプラを覆うように光学接着剤を設けることにより、光導波路チップと光ファイバの安定した光接続を実現し、実装時間および実装コストを低減すると同時に、光導波路チップと光ファイバの接続損失を低減することができる。

また、本発明では、光ファイバと嵌合する溝を、グレーティングカプラの近傍の位置から光導波路チップの端面に達する位置まで形成することにより、従来のアクティブアライメントにより得られる構造と互換性のある物理的配置としつつ、光導波路チップと光ファイバの位置決めの少なくとも一部をパッシブアライメントで実現し、実装時間および実装コストを低減することができる。

また、本発明では、光ファイバと嵌合する溝を、グレーティングカプラの近傍の位置から光導波路チップの端面に達しない位置までで終わるように形成し、光ファイバを、光導波路チップのグレーティングカプラが形成された面に対して傾くように溝と嵌合させることにより、光導波路チップと光ファイバの位置決めの少なくとも一部をパッシブアライメントで実現し、実装時間および実装コストを低減すると同時に、グレーティングカプラに対して入出射する光ビームと光ファイバとの角度ずれ由来の接続損失を低減することができる。

また、本発明では、光ファイバと嵌合する溝を、上から見た平面形状が、グレーティングカプラに近い側が矩形、光導波路チップの端面に近い側が楕円半球で、矩形の幅と楕円半球の短径とが一致するように矩形と楕円半球とを合成した形状とすることにより、光導波路チップと光ファイバの位置決めの少なくとも一部をパッシブアライメントで実現し、実装時間および実装コストを低減すると同時に、溝の形状を適切に設計することで、機械的安定性や実装時の位置ずれ許容量を高めることができ、実装時間および実装コストをさらに低減することができる。

また、本発明では、光ファイバのうち少なくとも１つを、熱拡大コア光ファイバ、レンズドファイバ、斜め切断ファイバ、多芯ファイバもしくはマルチコアファイバとすることにより、光導波路チップと光ファイバの位置決めの少なくとも一部をパッシブアライメントで実現し、実装時間および実装コストを低減すると同時に、熱拡大コア光ファイバもしくはレンズドファイバもしくは斜め切断ファイバを用いた場合には更なる接続損失の低減を実現することができる一方で、多芯ファイバもしくはマルチコアファイバを用いた場合には更なる実装時間および実装コストの低減を実現することができる。

また、本発明では、光ファイバと嵌合する溝を、クラッド層を貫通して、クラッド層と異なる下部層が露出する深さまで形成し、この下部層の上面を溝の底面とすることにより、光導波路チップと光ファイバの位置決めの少なくとも一部をパッシブアライメントで実現し、実装時間および実装コストを低減すると同時に、層構造に由来する高精度な機械的構造を利用して、光導波路チップと光ファイバの光接続の更なる精度の向上と歩留まりの向上と接続損失の低減とを実現することができる。

図１は、本発明の第１の実施例に係る光接続構造を示す模式図である。図２は、本発明の第１の実施例に係る光接続構造の接着前の部品展開図および断面図である。図３は、本発明の第２の実施例に係る光接続構造を示す模式図である。図４は、本発明の第２の実施例に係る光接続構造の接着前の部品展開図および断面図である。図５は、本発明の第３の実施例に係る光接続構造を示す模式図である。図６は、本発明の第３の実施例に係る光接続構造の接着前の部品展開図および断面図である。図７は、本発明の第４の実施例に係る光接続構造を示す模式図である。図８は、本発明の第４の実施例に係る光接続構造の接着前の部品展開図および断面図である。図９は、本発明の第５の実施例に係る光接続構造を示す模式図である。図１０は、本発明の第５の実施例に係る光接続構造の接着前の部品展開図および断面図である。図１１は、本発明の第６の実施例に係る光接続構造を示す模式図である。図１２は、本発明の第６の実施例に係る光接続構造の接着前の部品展開図および断面図である。図１３は、本発明の第７の実施例に係る光接続構造を示す模式図である。図１４は、本発明の第７の実施例に係る光接続構造の接着前の部品展開図および断面図である。図１５は、本発明の第８の実施例に係る光接続構造を示す模式図である。図１６は、本発明の第８の実施例に係る光接続構造の接着前の部品展開図および断面図である。図１７は、本発明の第９の実施例に係る光接続構造を示す模式図である。図１８は、本発明の第９の実施例に係る光接続構造の接着前の部品展開図および断面図である。図１９は、本発明の第１０の実施例に係る光接続構造を示す模式図である。図２０は、本発明の第１０の実施例に係る光接続構造の接着前の部品展開図および断面図である。図２１は、本発明の第１１の実施例に係る光接続構造を示す模式図である。図２２は、本発明の第１１の実施例に係る光接続構造の接着前の部品展開図および断面図である。図２３は、グレーティングカプラを用いた、ＰＬＣの導波方向に対してほぼ鉛直な方向における光結合の１例を示す斜視図である。図２４は、ＰＬＣ端面での直接光結合の１例を示す斜視図である。

本発明では、ＰＬＣ（光導波路チップ）がどのような光回路を持つかについては特に限定しない。以下の実施例として図示する光回路は、単純なマッハツェンダー干渉計のみであるが、あくまで例示であり、光回路の有りうる形態としてはマッハツェンダー干渉計に限定をしない。すなわち、本発明は、光回路の種類や構成の如何を問わず適用が可能である。

さらに、本発明においてＰＬＣを構成する材料系は任意に選択できる。石英系ＰＬＣでは支持基板にＳｉ基板を、クラッド層にＳｉＯ₂からなるクラッド層を用いることができるが、本発明においては、他にも、ＴａＯ₂／ＳｉＯ₂系やニオブ酸リチウム系といった誘電体材料系あるいは化合物半導体系の材料による導波路構造を持つＰＬＣや、シリコンフォトニクス材料系によるＰＬＣなどを任意に採用することができる。

［第１の実施例］
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。図１、図２（Ａ）、図２（Ｂ）は本発明の第１の実施例に係る光接続構造を示す模式図である。図１は光接続構造の斜視図、図２（Ａ）は光接続構造の接着前の部品展開図、図２（Ｂ）は光接続構造をｙｚ平面で切断した断面図である。

光導波路チップであるＰＬＣ１０１は、基板１１０上に光導波路１０３およびグレーティングカプラ１０５が形成された構造となっている。光導波路１０３は、クラッド層１０９と、クラッド層１０９の中に形成されたコア１１１とから構成される。さらに、クラッド層１０９には、グレーティングカプラ１０５が形成され、光導波路１０３とグレーティングカプラ１０５とは光学的に接続されている。このグレーティングカプラ１０５の付近に光ファイバ１０２が光学接着剤１０４により接着されている。

図２（Ａ）に示す接着前の部品展開図から明らかなように、ＰＬＣ１０１上には、光導波路１０３およびグレーティングカプラ１０５が形成されている。さらに、ＰＬＣ１０１のクラッド層１０９には、光ファイバ１０２と嵌合するための嵌合用溝１０６が、グレーティングカプラ１０５の近傍の位置からクラッド層１０９の面内方向に沿ってＰＬＣ１０１の端面に達する位置まで形成されている。嵌合用溝１０６は、この嵌合用溝１０６に嵌め込まれる光ファイバ１０２とグレーティングカプラ１０５との光結合が最良になるように形成されている。これにより、パッシブアライメントに要求される物理的な位置合わせ構造を実現している。ここで、グレーティングカプラ１０５の近傍の位置とは、嵌合用溝１０６に嵌め込まれた光ファイバ１０２がグレーティングカプラ１０５と十分に光結合可能な位置のことを言う。嵌合用溝１０６の製法については特に限定しないが、一般的なＰＬＣの作成手法であるフォトリソグラフィを採用した場合でも、パッシブアライメントに要求される精度で作成することができる。

図２（Ｂ）は、光ファイバ１０２がＰＬＣ１０１の嵌合用溝１０６と嵌合している状態の断面図である。光ファイバ１０２には、光ファイバコア１０８が形成されている。上記のとおり、光ファイバ１０２は、嵌合用溝１０６と嵌合している状態で光学接着剤１０４によりＰＬＣ１０１に接着されている。以上の構造により、光ファイバ１０２から光ビーム１０７が出射してグレーティングカプラ１０５を介して光導波路１０３に入射するか、あるいは光導波路１０３からの光がグレーティングカプラ１０５から光ビーム１０７となって出射して光ファイバ１０２に入射することにより、ＰＬＣ１０１と光ファイバ１０２との間の光結合が成立する。

一般に、商業的な理由や製造上の都合により、光ファイバコア１０８の径、光ファイバ１０２のクラッド径、ＰＬＣ１０１のクラッド層１０９の厚さ、光導波路１０３のクラッド層１０９内におけるｙ軸方向（厚さ方向）の位置は自由に選択することができない。しかしながら、本実施例の構造を用いることで、これらの物理的な寸法にとらわれることなく、グレーティングカプラ１０５の光ビーム１０７の結合角度を調整することにより、ＰＬＣ１０１上の光導波路１０３と光ファイバ１０２の光ファイバコア１０８との光結合を実現することができる。

また、ＰＬＣ１０１と光ファイバ１０２との位置合わせは、ＰＬＣ１０１に形成した嵌合用溝１０６により実施することができる。グレーティングカプラ１０５と嵌合用溝１０６の製造手法について本発明では特に指定しないが、これらグレーティングカプラ１０５や嵌合用溝１０６はフォトリソグラフィや電子ビームリソグラフィ等により高精度に作成することができ、パッシブアライメントの実現に必要な物理的構造の精度を担保することができる。

こうして、本実施例では、アクティブアライメントを用いることなく、パッシブアライメントのみでＰＬＣ１０１と光ファイバ１０２の光接続を実現することができ、アクティブアライメントを使用する場合よりも実装時間および実装コストを低減することができる。

［第２の実施例］
次に、本発明の第２の実施例について説明する。図３、図４（Ａ）、図４（Ｂ）は本発明の第２の実施例に係る光接続構造を示す模式図である。図３は光接続構造の斜視図、図４（Ａ）は光接続構造の接着前の部品展開図、図４（Ｂ）は光接続構造をｙｚ平面で切断した断面図である。

第１の実施例と同様に、光導波路チップであるＰＬＣ２０１は、基板２１０上に光導波路２０３およびグレーティングカプラ２０５が形成された構造となっている。光導波路２０３は、クラッド層２０９と、クラッド層２０９の中に形成されたコア２１１とから構成される。さらに、クラッド層２０９には、グレーティングカプラ２０５が形成され、光導波路２０３とグレーティングカプラ２０５とは光学的に接続されている。このグレーティングカプラ２０５の付近に光ファイバ２０２が光学接着剤２０４により接着されている。

図４（Ａ）に示す接着前の部品展開図から明らかなように、ＰＬＣ２０１上には、光導波路２０３およびグレーティングカプラ２０５が形成されている。さらに、ＰＬＣ２０１のクラッド層２０９には、光ファイバ２０２と嵌合するための嵌合用溝２０６が、グレーティングカプラ２０５の近傍の位置からクラッド層２０９の面内方向に沿ってＰＬＣ２０１の端面に達する位置まで形成されている。嵌合用溝２０６は、この嵌合用溝２０６に嵌め込まれる光ファイバ２０２とグレーティングカプラ２０５との光結合が最良になるように形成されている。

第１の実施例との相違は、嵌合用溝２０６が、ＰＬＣ２０１の端面近傍において端面に向かって漸次幅が広くなるテーパ状の誘導構造を有することである。この嵌合用溝２０６に光ファイバ２０２を嵌合させることで、パッシブアライメントに要求される物理的な位置合わせ構造を実現している。嵌合用溝２０６の製法については特に限定しないが、一般的なＰＬＣの作成手法であるフォトリソグラフィを採用した場合でも、パッシブアライメントに要求される精度で作成することができる。

図４（Ｂ）は、光ファイバ２０２がＰＬＣ２０１の嵌合用溝２０６と嵌合している状態の断面図である。光ファイバ２０２には、光ファイバコア２０８が形成されている。上記のとおり、光ファイバ２０２は、嵌合用溝２０６と嵌合している状態で光学接着剤２０４によりＰＬＣ２０１に接着されている。以上の構造により、光ファイバ２０２から光ビーム２０７が出射してグレーティングカプラ２０５を介して光導波路２０３に入射するか、あるいは光導波路２０３からの光がグレーティングカプラ２０５から光ビーム２０７となって出射して光ファイバ２０２に入射することにより、ＰＬＣ２０１と光ファイバ２０２との間の光結合が成立する。

一般に、商業的な理由や製造上の都合により、光ファイバコア２０８の径、光ファイバ２０２のクラッド径、ＰＬＣ２０１のクラッド層２０９の厚さ、光導波路２０３のクラッド層２０９内におけるｙ軸方向（厚さ方向）の位置は自由に選択することができない。しかしながら、本実施例の構造を用いることで、これらの物理的な寸法にとらわれることなく、グレーティングカプラ２０５の光ビーム２０７の結合角度を調整することにより、ＰＬＣ２０１上の光導波路２０３と光ファイバ２０２の光ファイバコア２０８との光結合を実現することができる。

また、ＰＬＣ２０１と光ファイバ２０２との位置合わせは、ＰＬＣ２０１に形成した嵌合用溝２０６により実施することができる。グレーティングカプラ２０５と嵌合用溝２０６の製造手法について本発明では特に指定しないが、これらグレーティングカプラ２０５や嵌合用溝２０６はフォトリソグラフィや電子ビームリソグラフィ等により高精度に作成することができ、パッシブアライメントの実現に必要な物理的構造の精度を担保することができる。

こうして、本実施例では、第１の実施例と同様にアクティブアライメントを用いることなく、パッシブアライメントのみでＰＬＣ２０１と光ファイバ２０２の光接続を実現することができ、アクティブアライメントを使用する場合よりも実装時間および実装コストを低減することができる。また、本実施例では、誘導構造付きの嵌合用溝２０６を用いることにより、パッシブアライメント自体の誤差耐性を高めることができ、歩留まりの向上、実装時間の更なる短縮、実装コストの更なる低減を見込むことができる。

［第３の実施例］
次に、本発明の第３の実施例について説明する。図５、図６（Ａ）、図６（Ｂ）は本発明の第３の実施例に係る光接続構造を示す模式図である。図５は光接続構造の斜視図、図６（Ａ）は光接続構造の接着前の部品展開図、図６（Ｂ）は光接続構造をｙｚ平面で切断した断面図である。

第１の実施例と同様に、光導波路チップであるＰＬＣ３０１は、基板３１０上に光導波路３０３およびグレーティングカプラ３０５が形成された構造となっている。光導波路３０３は、クラッド層３０９と、クラッド層３０９の中に形成されたコア３１１とから構成される。さらに、クラッド層３０９には、グレーティングカプラ３０５が形成され、光導波路３０３とグレーティングカプラ３０５とは光学的に接続されている。このグレーティングカプラ３０５の付近に光ファイバ３０２が光学接着剤３０４により接着されている。

図６（Ａ）に示す接着前の部品展開図から明らかなように、ＰＬＣ３０１上には、光導波路３０３およびグレーティングカプラ３０５が形成されている。さらに、ＰＬＣ３０１のクラッド層３０９には、光ファイバ３０２と嵌合するための嵌合用溝３０６が、グレーティングカプラ３０５の近傍の位置からクラッド層３０９の面内方向に沿ってＰＬＣ３０１の端面に達する位置まで形成されている。嵌合用溝３０６は、この嵌合用溝３０６に嵌め込まれる光ファイバ３０２とグレーティングカプラ３０５との光結合が最良になるように形成されている。

第１、第２の実施例との相違は、嵌合用溝３０６が、クラッド層３０９全体を掘り込む形で形成され、クラッド層３０９の下にあるクラッド下部層（本実施例では基板３１０）にまで到達していることである。この嵌合用溝３０６に光ファイバ３０２を嵌合させることで、パッシブアライメントに要求される物理的な位置合わせ構造を実現している。嵌合用溝３０６の製法については特に限定しないが、一般的なＰＬＣの作成手法であるフォトリソグラフィを採用した場合でも、パッシブアライメントに要求される精度で作成することができる。

図６（Ｂ）は、光ファイバ３０２がＰＬＣ３０１の嵌合用溝３０６と嵌合している状態の断面図である。光ファイバ３０２には、光ファイバコア３０８が形成されている。上記のとおり、光ファイバ３０２は、嵌合用溝３０６と嵌合している状態で光学接着剤３０４によりＰＬＣ３０１に接着されている。以上の構造により、光ファイバ３０２から光ビーム３０７が出射してグレーティングカプラ３０５を介して光導波路３０３に入射するか、あるいは光導波路３０３からの光がグレーティングカプラ３０５から光ビーム３０７となって出射して光ファイバ３０２に入射することにより、ＰＬＣ３０１と光ファイバ３０２との間の光結合が成立する。

一般に、商業的な理由や製造上の都合により、光ファイバコア３０８の径、光ファイバ３０２のクラッド径、ＰＬＣ３０１のクラッド層３０９の厚さ、光導波路３０３のクラッド層３０９内におけるｙ軸方向（厚さ方向）の位置は自由に選択することができない。しかしながら、本実施例の構造を用いることで、これらの物理的な寸法にとらわれることなく、グレーティングカプラ３０５の光ビーム３０７の結合角度を調整することにより、ＰＬＣ３０１上の光導波路３０３と光ファイバ３０２の光ファイバコア３０８との光結合を実現することができる。

また、ＰＬＣ３０１と光ファイバ３０２との位置合わせは、ＰＬＣ３０１に形成した嵌合用溝３０６により実施することができる。グレーティングカプラ３０５と嵌合用溝３０６の製造手法について本発明では特に指定しないが、これらグレーティングカプラ３０５や嵌合用溝３０６はフォトリソグラフィや電子ビームリソグラフィ等により高精度に作成することができ、パッシブアライメントの実現に必要な物理的構造の精度を担保することができる。

また、嵌合用溝３０６については、クラッド層３０９を貫通してクラッド下部層（本実施例では基板３１０）が露出する深さまで形成されており、クラッド下部層の上面が嵌合用溝３０６の底面となっている。クラッド層３０９とクラッド下部層とは異なる材料からなる。したがって、嵌合用溝３０６の製造手法について本発明では特に指定しないが、例えばウェットエッチングにおける、異なる材料からなる層構造の選択的エッチングの特性を利用することで、嵌合用溝３０６の非常に高精度な深さ方向の精度を得ることができる。

こうして、本実施例では、第１の実施例と同様にアクティブアライメントを用いることなく、パッシブアライメントのみでＰＬＣ３０１と光ファイバ３０２の光接続を実現することができ、アクティブアライメントを使用する場合よりも実装時間および実装コストを低減することができる。また、本実施例では、嵌合用溝３０６をクラッド下部層が露出する深さまで形成することにより、光接続のｙ軸方向（厚さ方向）の精度を第１、第２の実施例よりも高めることが可能となる。

［第４の実施例］
次に、本発明の第４の実施例について説明する。図７、図８（Ａ）、図８（Ｂ）は本発明の第４の実施例に係る光接続構造を示す模式図である。図７は光接続構造の斜視図、図８（Ａ）は光接続構造の接着前の部品展開図、図８（Ｂ）は光接続構造をｙｚ平面で切断した断面図である。

第１の実施例と同様に、光導波路チップであるＰＬＣ４０１は、基板４１０上に光導波路４０３およびグレーティングカプラ４０５が形成された構造となっている。光導波路４０３は、クラッド層４０９と、クラッド層４０９の中に形成されたコア４１１とから構成される。さらに、クラッド層４０９には、グレーティングカプラ４０５が形成され、光導波路４０３とグレーティングカプラ４０５とは光学的に接続されている。このグレーティングカプラ４０５の付近に光ファイバ４０２が光学接着剤４０４により接着されている。

図８（Ａ）に示す接着前の部品展開図から明らかなように、ＰＬＣ４０１上には、光導波路４０３およびグレーティングカプラ４０５が形成されている。さらに、ＰＬＣ４０１のクラッド層４０９には、光ファイバ４０２と嵌合するための嵌合用溝４０６が、グレーティングカプラ４０５の近傍の位置からクラッド層４０９の面内方向に沿ってＰＬＣ４０１の端面の方に伸長し、端面に達しない位置で終わるように形成されている。嵌合用溝４０６は、この嵌合用溝４０６に嵌め込まれる光ファイバ４０２とグレーティングカプラ４０５との光結合が最良になるように形成されている。

第１～第３の実施例との相違は、嵌合用溝４０６が、ＰＬＣ４０１の端面まで達していないことである。この嵌合用溝４０６に光ファイバ４０２を嵌合させることで、パッシブアライメントに要求される物理的な位置合わせ構造を実現している。嵌合用溝４０６の製法については特に限定しないが、一般的なＰＬＣの作成手法であるフォトリソグラフィを採用した場合でも、パッシブアライメントに要求される精度で作成することができる。

図８（Ｂ）は、光ファイバ４０２がＰＬＣ４０１の嵌合用溝４０６と嵌合している状態の断面図である。光ファイバ４０２には、光ファイバコア４０８が形成されている。上記のとおり、光ファイバ４０２は、嵌合用溝４０６と嵌合している状態で光学接着剤４０４によりＰＬＣ４０１に接着されている。以上の構造により、光ファイバ４０２から光ビーム４０７が出射してグレーティングカプラ４０５を介して光導波路４０３に入射するか、あるいは光導波路４０３からの光がグレーティングカプラ４０５から光ビーム４０７となって出射して光ファイバ４０２に入射することにより、ＰＬＣ４０１と光ファイバ４０２との間の光結合が成立する。

一般に、商業的な理由や製造上の都合により、光ファイバコア４０８の径、光ファイバ４０２のクラッド径、ＰＬＣ４０１のクラッド層４０９の厚さ、光導波路４０３のクラッド層４０９内におけるｙ軸方向（厚さ方向）の位置は自由に選択することができない。しかしながら、本実施例の構造を用いることで、これらの物理的な寸法にとらわれることなく、グレーティングカプラ４０５の光ビーム４０７の結合角度を調整することにより、ＰＬＣ４０１上の光導波路４０３と光ファイバ４０２の光ファイバコア４０８との光結合を実現することができる。

また、ＰＬＣ４０１と光ファイバ４０２との位置合わせは、ＰＬＣ４０１に形成した嵌合用溝４０６により実施することができる。グレーティングカプラ４０５と嵌合用溝４０６の製造手法について本発明では特に指定しないが、これらグレーティングカプラ４０５や嵌合用溝４０６はフォトリソグラフィや電子ビームリソグラフィ等により高精度に作成することができ、パッシブアライメントの実現に必要な物理的構造の精度を担保することができる。

また、本実施例では、グレーティングカプラ４０５の近傍の位置からＰＬＣ４０１の端面に達しない位置までの嵌合用溝４０６の物理的形状を適切に設計することで、ＰＬＣ４０１に対して光ファイバ４０２を傾けて嵌合させることが可能となる。第１～第３の実施例では、原理的に光ビーム１０７，２０７，３０７と光ファイバ１０２，２０２，３０２の光ファイバコア１０８，２０８，３０８との角度ずれによる光損失が生じるという問題がある。これに対して、本実施例では、光ビーム４０７と光ファイバ４０２の光ファイバコア４０８との角度ずれを０に抑えることが可能となる。

こうして、本実施例では、第１の実施例と同様にアクティブアライメントを用いることなく、パッシブアライメントのみでＰＬＣ４０１と光ファイバ４０２の光接続を実現することができ、アクティブアライメントを使用する場合よりも実装時間および実装コストを低減することができる。また、本実施例では、グレーティングカプラ４０５の近傍の位置からＰＬＣ４０１の端面に達しない位置までの嵌合用溝４０６により、光接続による損失を第１～第３の実施例よりも低減することが可能となる。

［第５の実施例］
次に、本発明の第５の実施例について説明する。図９、図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）は本発明の第５の実施例に係る光接続構造を示す模式図である。図９は光接続構造の斜視図、図１０（Ａ）は光接続構造の接着前の部品展開図、図１０（Ｂ）は光接続構造をｙｚ平面で切断した断面図である。

第１の実施例と同様に、光導波路チップであるＰＬＣ５０１は、基板５１０上に光導波路５０３およびグレーティングカプラ５０５が形成された構造となっている。光導波路５０３は、クラッド層５０９と、クラッド層５０９の中に形成されたコア５１１とから構成される。さらに、クラッド層５０９には、グレーティングカプラ５０５が形成され、光導波路５０３とグレーティングカプラ５０５とは光学的に接続されている。このグレーティングカプラ５０５の付近に光ファイバ５０２が光学接着剤５０４により接着されている。光ファイバ５０２は、多芯ファイバ用被覆５１２により束ねられた多芯ファイバとなっている。

図１０（Ａ）に示す接着前の部品展開図から明らかなように、ＰＬＣ５０１上には、光導波路５０３およびグレーティングカプラ５０５が形成されている。さらに、ＰＬＣ５０１のクラッド層５０９には、第１の実施例と同様に光ファイバ５０２と嵌合するための嵌合用溝５０６が、グレーティングカプラ５０５の近傍の位置からクラッド層５０９の面内方向に沿ってＰＬＣ５０１の端面に達する位置まで形成されている。嵌合用溝５０６は、この嵌合用溝５０６に嵌め込まれる光ファイバ５０２とグレーティングカプラ５０５との光結合が最良になるように形成されている。これにより、パッシブアライメントに要求される物理的な位置合わせ構造を実現している。嵌合用溝５０６の製法については特に限定しないが、一般的なＰＬＣの作成手法であるフォトリソグラフィを採用した場合でも、パッシブアライメントに要求される精度で作成することができる。

図１０（Ｂ）は、光ファイバ５０２がＰＬＣ５０１の嵌合用溝５０６と嵌合している状態の断面図である。光ファイバ５０２には、光ファイバコア５０８が形成されている。上記のとおり、光ファイバ５０２は、嵌合用溝５０６と嵌合している状態で光学接着剤５０４によりＰＬＣ５０１に接着されている。以上の構造により、光ファイバ５０２から光ビーム５０７が出射してグレーティングカプラ５０５を介して光導波路５０３に入射するか、あるいは光導波路５０３からの光がグレーティングカプラ５０５から光ビーム５０７となって出射して光ファイバ５０２に入射することにより、ＰＬＣ５０１と光ファイバ５０２との間の光結合が成立する。

一般に、商業的な理由や製造上の都合により、光ファイバコア５０８の径、光ファイバ５０２のクラッド径、ＰＬＣ５０１のクラッド層５０９の厚さ、光導波路５０３のクラッド層５０９内におけるｙ軸方向（厚さ方向）の位置は自由に選択することができない。しかしながら、本実施例の構造を用いることで、これらの物理的な寸法にとらわれることなく、グレーティングカプラ５０５の光ビーム５０７の結合角度を調整することにより、ＰＬＣ５０１上の光導波路５０３と光ファイバ５０２の光ファイバコア５０８との光結合を実現することができる。

また、ＰＬＣ５０１と光ファイバ５０２との位置合わせは、ＰＬＣ５０１に形成した嵌合用溝５０６により実施することができる。グレーティングカプラ５０５と嵌合用溝５０６の製造手法について本発明では特に指定しないが、これらグレーティングカプラ５０５や嵌合用溝５０６はフォトリソグラフィや電子ビームリソグラフィ等により高精度に作成することができ、パッシブアライメントの実現に必要な物理的構造の精度を担保することができる。

こうして、本実施例では、第１の実施例と同様にアクティブアライメントを用いることなく、パッシブアライメントのみでＰＬＣ５０１と光ファイバ５０２の光接続を実現することができ、アクティブアライメントを使用する場合よりも実装時間および実装コストを低減することができる。また、本実施例では、光ファイバ５０２を多芯ファイバ用被覆５１２により束ねているため、パッシブアライメント自体の作業工数も減らすことが可能であり、実装時間および実装コストの更なる低減を実現できる。

［第６の実施例］
次に、本発明の第６の実施例について説明する。図１１、図１２（Ａ）、図１２（Ｂ）は本発明の第６の実施例に係る光接続構造を示す模式図である。図１１は光接続構造の斜視図、図１２（Ａ）は光接続構造の接着前の部品展開図、図１２（Ｂ）は光接続構造をｙｚ平面で切断した断面図である。

第１の実施例と同様に、光導波路チップであるＰＬＣ６０１は、基板６１０上に光導波路６０３およびグレーティングカプラ６０５が形成された構造となっている。光導波路６０３は、クラッド層６０９と、クラッド層６０９の中に形成されたコア６１１とから構成される。さらに、クラッド層６０９には、グレーティングカプラ６０５が形成され、光導波路６０３とグレーティングカプラ６０５とは光学的に接続されている。このグレーティングカプラ６０５の付近にマルチコア光ファイバ６０２が光学接着剤６０４により接着されている。

図１２（Ａ）に示す接着前の部品展開図から明らかなように、ＰＬＣ６０１上には、光導波路６０３およびグレーティングカプラ６０５が形成されている。さらに、ＰＬＣ６０１のクラッド層６０９には、嵌合用溝６０６が、マルチコア光ファイバ６０２の各コアに対応する複数のグレーティングカプラ６０５（本実施例では２個のグレーティングカプラ６０５）の近傍の位置からクラッド層６０９の面内方向に沿ってＰＬＣ６０１の端面に達する位置まで形成されている。嵌合用溝６０６は、この嵌合用溝６０６に嵌め込まれるマルチコア光ファイバ６０２とグレーティングカプラ６０５とのｘ軸方向およびｙ軸方向の光結合が最良になるように形成されている。これにより、パッシブアライメントに要求される物理的な位置合わせ構造を実現している。嵌合用溝６０６の製法については特に限定しないが、一般的なＰＬＣの作成手法であるフォトリソグラフィを採用した場合でも、パッシブアライメントに要求される精度で作成することができる。

図１２（Ｂ）は、マルチコア光ファイバ６０２がＰＬＣ６０１の嵌合用溝６０６と嵌合している状態の断面図である。マルチコア光ファイバ６０２には、複数の光ファイバコア６０８が形成されている。ただし、図１２（Ｂ）では、１つの光ファイバコア６０８のみ記載している。上記のとおり、マルチコア光ファイバ６０２は、嵌合用溝６０６と嵌合している状態で光学接着剤６０４によりＰＬＣ６０１に接着されている。以上の構造により、マルチコア光ファイバ６０２の複数の光ファイバコア６０８からそれぞれ光ビーム６０７が出射して、対応する複数のグレーティングカプラ６０５を介して光導波路６０３に入射するか、あるいは光導波路６０３からの複数の光が複数のグレーティングカプラ６０５からそれぞれ光ビーム６０７となって出射して、マルチコア光ファイバ６０２の対応する光ファイバコア６０８に入射することにより、ＰＬＣ６０１とマルチコア光ファイバ６０２との間の光結合が成立する。

一般に、商業的な理由や製造上の都合により、光ファイバコア６０８の径、マルチコア光ファイバ６０２のクラッド径、ＰＬＣ６０１のクラッド層６０９の厚さ、光導波路６０３のクラッド層６０９内におけるｙ軸方向（厚さ方向）の位置は自由に選択することができない。しかしながら、本実施例の構造を用いることで、これらの物理的な寸法にとらわれることなく、グレーティングカプラ６０５の光ビーム６０７の結合角度を調整することにより、ＰＬＣ６０１上の光導波路６０３とマルチコア光ファイバ６０２の光ファイバコア６０８との光結合を実現することができる。

また、ＰＬＣ６０１とマルチコア光ファイバ６０２との位置合わせは、ＰＬＣ６０１に形成した嵌合用溝６０６により実施することができる。グレーティングカプラ６０５と嵌合用溝６０６の製造手法について本発明では特に指定しないが、これらグレーティングカプラ６０５や嵌合用溝６０６はフォトリソグラフィや電子ビームリソグラフィ等により高精度に作成することができ、パッシブアライメントの実現に必要な物理的構造の精度を担保することができる。

ただし、パッシブアライメントと言っても、本実施例の場合はマルチコア光ファイバ６０２を用いるため、嵌合用溝６０６へのマルチコア光ファイバ６０２の嵌合が完了した後にマルチコア光ファイバ６０２の軸まわりの回転方向の位置合わせに関してアクティブアライメントが必要であり、このアクティブアライメントの完了後にマルチコア光ファイバ６０２をＰＬＣ６０１に接着する必要がある。本実施例では、マルチコア光ファイバ６０２のｘ軸方向およびｙ軸方向の位置決めに関してはパッシブアライメントで実現することができるので、軸まわりの回転方向の位置決めのみアクティブアライメントとすることで、ＰＬＣ６０１とマルチコア光ファイバ６０２の光接続を実現することができ、ｘ軸方向、ｙ軸方向および回転方向の全てにアクティブアライメントを使用する場合よりも実装時間および実装コストを低減することができる。

［第７の実施例］
次に、本発明の第７の実施例について説明する。図１３、図１４（Ａ）、図１４（Ｂ）は本発明の第７の実施例に係る光接続構造を示す模式図である。図１３は光接続構造の斜視図、図１４（Ａ）は光接続構造の接着前の部品展開図、図１４（Ｂ）は光接続構造をｙｚ平面で切断した断面図である。

第１の実施例と同様に、光導波路チップであるＰＬＣ７０１は、基板７１０上に光導波路７０３およびグレーティングカプラ７０５が形成された構造となっている。光導波路７０３は、クラッド層７０９と、クラッド層７０９の中に形成されたコア７１１とから構成される。さらに、クラッド層７０９には、グレーティングカプラ７０５が形成され、光導波路７０３とグレーティングカプラ７０５とは光学的に接続されている。このグレーティングカプラ７０５の付近に熱拡大コア（ＴＥＣ：Thermally-Expanded Core）光ファイバ７０２が光学接着剤７０４により接着されている。

図１４（Ａ）に示す接着前の部品展開図から明らかなように、ＰＬＣ７０１上には、光導波路７０３およびグレーティングカプラ７０５が形成されている。さらに、ＰＬＣ７０１のクラッド層７０９には、熱拡大コア光ファイバ７０２と嵌合するための嵌合用溝７０６が、グレーティングカプラ７０５の近傍の位置からクラッド層７０９の面内方向に沿ってＰＬＣ７０１の端面の方に伸長し、端面に達しない位置で終わるように形成されている。嵌合用溝７０６は、この嵌合用溝７０６に嵌め込まれる熱拡大コア光ファイバ７０２とグレーティングカプラ７０５との光結合が最良になるように形成されている。これにより、パッシブアライメントに要求される物理的な位置合わせ構造を実現している。嵌合用溝７０６の製法については特に限定しないが、一般的なＰＬＣの作成手法であるフォトリソグラフィを採用した場合でも、パッシブアライメントに要求される精度で作成することができる。

図１４（Ｂ）は、熱拡大コア光ファイバ７０２がＰＬＣ７０１の嵌合用溝７０６と嵌合している状態の断面図である。熱拡大コア光ファイバ７０２には、光ファイバコア７０８が形成されている。熱拡大コア光ファイバ７０２は、シングルモードファイバの先端に熱を加えて光ファイバコア７０８の径を拡大したものである。上記のとおり、熱拡大コア光ファイバ７０２は、嵌合用溝７０６と嵌合している状態で光学接着剤７０４によりＰＬＣ７０１に接着されている。以上の構造により、熱拡大コア光ファイバ７０２から光ビーム７０７が出射してグレーティングカプラ７０５を介して光導波路７０３に入射するか、あるいは光導波路７０３からの光がグレーティングカプラ７０５から光ビーム７０７となって出射して熱拡大コア光ファイバ７０２に入射することにより、ＰＬＣ７０１と熱拡大コア光ファイバ７０２との間の光結合が成立する。

一般に、商業的な理由や製造上の都合により、光ファイバコア７０８の径、熱拡大コア光ファイバ７０２のクラッド径、ＰＬＣ７０１のクラッド層７０９の厚さ、光導波路７０３のクラッド層７０９内におけるｙ軸方向（厚さ方向）の位置は自由に選択することができない。しかしながら、本実施例の構造を用いることで、これらの物理的な寸法にとらわれることなく、グレーティングカプラ７０５の光ビーム７０７の結合角度を調整することにより、ＰＬＣ７０１上の光導波路７０３と熱拡大コア光ファイバ７０２の光ファイバコア７０８との光結合を実現することができる。

また、ＰＬＣ７０１と熱拡大コア光ファイバ７０２との位置合わせは、ＰＬＣ７０１に形成した嵌合用溝７０６により実施することができる。グレーティングカプラ７０５と嵌合用溝７０６の製造手法について本発明では特に指定しないが、これらグレーティングカプラ７０５や嵌合用溝７０６はフォトリソグラフィや電子ビームリソグラフィ等により高精度に作成することができ、パッシブアライメントの実現に必要な物理的構造の精度を担保することができる。

また、本実施例では、グレーティングカプラ７０５の近傍の位置からＰＬＣ７０１の端面に達しない位置までの嵌合用溝７０６の物理的形状を適切に設計することで、ＰＬＣ７０１に対して熱拡大コア光ファイバ７０２を傾けて嵌合させることが可能となる。この構造により、本実施例では、光ビーム７０７と熱拡大コア光ファイバ７０２の光ファイバコア７０８との角度ずれを０に抑えることが可能となる。

こうして、本実施例では、第１の実施例と同様にアクティブアライメントを用いることなく、パッシブアライメントのみでＰＬＣ７０１と熱拡大コア光ファイバ７０２の光接続を実現することができ、アクティブアライメントを使用する場合よりも実装時間および実装コストを低減することができる。また、本実施例では、グレーティングカプラ７０５の近傍の位置からＰＬＣ７０１の端面に達しない位置までの嵌合用溝７０６により、光接続による損失を第１～第３の実施例よりも低減することが可能となる。

ところで熱拡大コア光ファイバ７０２は、熱処理前に比べて大きなモードフィールド径（ＭＦＤ：Mode Field Diameter）を持つものの、熱処理前に比べて小さな開口数（ＮＡ：Numerical Aperture）となってしまうものである。したがって、ＮＡについて余裕があるものの、ＭＦＤの不整合による光学損失が見込まれる場合には、本実施例により光学損失を低減せしめることができる。本実施例では、熱拡大コア光ファイバ７０２と嵌合用溝７０６とを組み合わせた構成となっているが、単にこの組み合わせが光学損失の低減のために相性が良いということであり、熱拡大コア光ファイバ７０２と嵌合用溝７０６とは独立に用いることが可能である。

［第８の実施例］
次に、本発明の第８の実施例について説明する。図１５、図１６（Ａ）、図１６（Ｂ）は本発明の第８の実施例に係る光接続構造を示す模式図である。図１５は光接続構造の斜視図、図１６（Ａ）は光接続構造の接着前の部品展開図、図１６（Ｂ）は光接続構造をｙｚ平面で切断した断面図である。

第１の実施例と同様に、光導波路チップであるＰＬＣ８０１は、基板８１０上に光導波路８０３およびグレーティングカプラ８０５が形成された構造となっている。光導波路８０３は、クラッド層８０９と、クラッド層８０９の中に形成されたコア８１１とから構成される。さらに、クラッド層８０９には、グレーティングカプラ８０５が形成され、光導波路８０３とグレーティングカプラ８０５とは光学的に接続されている。このグレーティングカプラ８０５の付近に光ファイバ８０２が光学接着剤８０４により接着されている。

図１６（Ａ）に示す接着前の部品展開図から明らかなように、ＰＬＣ８０１上には、光導波路８０３およびグレーティングカプラ８０５が形成されている。さらに、ＰＬＣ８０１のクラッド層８０９には、光ファイバ８０２と嵌合するための嵌合用溝８０６が、グレーティングカプラ８０５の近傍の位置からクラッド層８０９の面内方向に沿ってＰＬＣ８０１の端面の方に伸長し、端面に達する前の位置で終わるように形成されている。

嵌合用溝８０６は、上から見た平面形状が、グレーティングカプラ８０５に近い側が矩形、かつＰＬＣ８０１の端面に近い側が楕円半球で、矩形の幅（嵌合用溝８０６の幅）と楕円半球の短径とが一致するように矩形と楕円半球とを合成した形状であり、この嵌合用溝８０６に嵌め込まれる光ファイバ８０２とグレーティングカプラ８０５との光結合が最良になるように形成されている。これにより、パッシブアライメントに要求される物理的な位置合わせ構造を実現している。嵌合用溝８０６の製法については特に限定しないが、一般的なＰＬＣの作成手法であるフォトリソグラフィを採用した場合でも、パッシブアライメントに要求される精度で作成することができる。

図１６（Ｂ）は、光ファイバ８０２がＰＬＣ８０１の嵌合用溝８０６と嵌合している状態の断面図である。光ファイバ８０２には、光ファイバコア８０８が形成されている。上記のとおり、光ファイバ８０２は、嵌合用溝８０６と嵌合している状態で光学接着剤８０４によりＰＬＣ８０１に接着されている。以上の構造により、光ファイバ８０２から光ビーム８０７が出射してグレーティングカプラ８０５を介して光導波路８０３に入射するか、あるいは光導波路８０３からの光がグレーティングカプラ８０５から光ビーム８０７となって出射して光ファイバ８０２に入射することにより、ＰＬＣ８０１と光ファイバ８０２との間の光結合が成立する。

一般に、商業的な理由や製造上の都合により、光ファイバコア８０８の径、光ファイバ８０２のクラッド径、ＰＬＣ８０１のクラッド層８０９の厚さ、光導波路８０３のクラッド層８０９内におけるｙ軸方向（厚さ方向）の位置は自由に選択することができない。しかしながら、本実施例の構造を用いることで、これらの物理的な寸法にとらわれることなく、グレーティングカプラ８０５の光ビーム８０７の結合角度を調整することにより、ＰＬＣ８０１上の光導波路８０３と光ファイバ８０２の光ファイバコア８０８との光結合を実現することができる。

また、ＰＬＣ８０１と光ファイバ８０２との位置合わせは、ＰＬＣ８０１に形成した嵌合用溝８０６により実施することができる。グレーティングカプラ８０５と嵌合用溝８０６の製造手法について本発明では特に指定しないが、これらグレーティングカプラ８０５や嵌合用溝８０６はフォトリソグラフィや電子ビームリソグラフィ等により高精度に作成することができ、パッシブアライメントの実現に必要な物理的構造の精度を担保することができる。

また、本実施例では、グレーティングカプラ８０５の近傍の位置からＰＬＣ８０１の端面に達しない位置までの嵌合用溝８０６の物理的形状を適切に設計することで、ＰＬＣ８０１に対して光ファイバ８０２を傾けて嵌合させることが可能となる。この構造により、本実施例では、光ビーム８０７と光ファイバ８０２の光ファイバコア８０８との角度ずれを０に抑えることが可能となる。

こうして、本実施例では、第１の実施例と同様にアクティブアライメントを用いることなく、パッシブアライメントのみでＰＬＣ８０１と光ファイバ８０２の光接続を実現することができ、アクティブアライメントを使用する場合よりも実装時間および実装コストを低減することができる。また、本実施例では、グレーティングカプラ８０５の近傍の位置からＰＬＣ８０１の端面に達しない位置までの嵌合用溝８０６により、光接続による損失を第１～第３の実施例よりも低減することが可能となる。さらに、本実施例では、嵌合用溝８０６の楕円半球部分の形状をＰＬＣ８０１と光ファイバ８０２とのなす角度に合わせて適切に設計することにより、第４の実施例よりも安定したパッシブアライメントを実現することができる。

［第９の実施例］
次に、本発明の第９の実施例について説明する。図１７、図１８（Ａ）、図１８（Ｂ）は本発明の第９の実施例に係る光接続構造を示す模式図である。図１７は光接続構造の斜視図、図１８（Ａ）は光接続構造の接着前の部品展開図、図１８（Ｂ）は光接続構造をｙｚ平面で切断した断面図である。

第１の実施例と同様に、光導波路チップであるＰＬＣ９０１は、基板９１０上に光導波路９０３およびグレーティングカプラ９０５が形成された構造となっている。光導波路９０３は、クラッド層９０９と、クラッド層９０９の中に形成されたコア９１１とから構成される。さらに、クラッド層９０９には、グレーティングカプラ９０５が形成され、光導波路９０３とグレーティングカプラ９０５とは光学的に接続されている。このグレーティングカプラ９０５の付近に光ファイバ９０２が光学接着剤９０４により接着されている。

図１８（Ａ）に示す接着前の部品展開図から明らかなように、ＰＬＣ９０１上には、光導波路９０３およびグレーティングカプラ９０５が形成されている。さらに、ＰＬＣ９０１のクラッド層９０９には、第４の実施例と同様に光ファイバ９０２と嵌合するための嵌合用溝９０６が、グレーティングカプラ９０５の近傍の位置からクラッド層９０９の面内方向に沿ってＰＬＣ９０１の端面の方に伸長し、端面に達しない位置で終わるように形成されている。嵌合用溝９０６は、この嵌合用溝９０６に嵌め込まれる光ファイバ９０２とグレーティングカプラ９０５との光結合が最良になるように形成されている。

第４の実施例との相違は、嵌合用溝９０６が、ＰＬＣ９０１の端面近傍において端面に向かって漸次幅が広くなるテーパ状の誘導構造を有することと、クラッド層９０９全体を掘り込む形で形成され、クラッド層９０９の下にあるクラッド下部層（本実施例では基板９１０）にまで到達していることである。この嵌合用溝９０６に光ファイバ９０２を嵌合させることで、パッシブアライメントに要求される物理的な位置合わせ構造を実現している。嵌合用溝９０６の製法については特に限定しないが、一般的なＰＬＣの作成手法であるフォトリソグラフィを採用した場合でも、パッシブアライメントに要求される精度で作成することができる。

図１８（Ｂ）は、光ファイバ９０２がＰＬＣ９０１の嵌合用溝９０６と嵌合している状態の断面図である。光ファイバ９０２には、光ファイバコア９０８が形成されている。上記のとおり、光ファイバ９０２は、嵌合用溝９０６と嵌合している状態で光学接着剤９０４によりＰＬＣ９０１に接着されている。以上の構造により、光ファイバ９０２から光ビーム９０７が出射してグレーティングカプラ９０５を介して光導波路９０３に入射するか、あるいは光導波路９０３からの光がグレーティングカプラ９０５から光ビーム９０７となって出射して光ファイバ９０２に入射することにより、ＰＬＣ９０１と光ファイバ９０２との間の光結合が成立する。

一般に、商業的な理由や製造上の都合により、光ファイバコア９０８の径、光ファイバ９０２のクラッド径、ＰＬＣ９０１のクラッド層９０９の厚さ、光導波路９０３のクラッド層９０９内におけるｙ軸方向（厚さ方向）の位置は自由に選択することができない。しかしながら、本実施例の構造を用いることで、これらの物理的な寸法にとらわれることなく、グレーティングカプラ９０５の光ビーム９０７の結合角度を調整することにより、ＰＬＣ９０１上の光導波路９０３と光ファイバ９０２の光ファイバコア９０８との光結合を実現することができる。

また、ＰＬＣ９０１と光ファイバ９０２との位置合わせは、ＰＬＣ９０１に形成した嵌合用溝９０６により実施することができる。グレーティングカプラ９０５と嵌合用溝９０６の製造手法について本発明では特に指定しないが、これらグレーティングカプラ９０５や嵌合用溝９０６はフォトリソグラフィや電子ビームリソグラフィ等により高精度に作成することができ、パッシブアライメントの実現に必要な物理的構造の精度を担保することができる。

また、本実施例では、グレーティングカプラ９０５の近傍の位置からＰＬＣ９０１の端面に達しない位置までの嵌合用溝９０６の物理的形状を適切に設計することで、ＰＬＣ９０１に対して光ファイバ９０２を傾けて嵌合させることが可能となる。これにより、本実施例では、光ビーム９０７と光ファイバ９０２の光ファイバコア９０８との角度ずれを０に抑えることが可能となる。

また、嵌合用溝９０６については、クラッド層９０９を貫通してクラッド下部層（本実施例では基板９１０）が露出する深さまで形成されており、クラッド下部層の上面が嵌合用溝９０６の底面となっている。クラッド層９０９とクラッド下部層とは異なる材料からなる。したがって、嵌合用溝９０６の製造手法について本発明では特に指定しないが、例えばウェットエッチングにおける、異なる材料からなる層構造の選択的エッチングの特性を利用することで、嵌合用溝９０６の非常に高精度な深さ方向の精度を得ることができる。

こうして、本実施例では、第１の実施例と同様にアクティブアライメントを用いることなく、パッシブアライメントのみでＰＬＣ９０１と光ファイバ９０２の光接続を実現することができ、アクティブアライメントを使用する場合よりも実装時間および実装コストを低減することができる。また、本実施例では、グレーティングカプラ９０５の近傍の位置からＰＬＣ９０１の端面に達しない位置までの嵌合用溝９０６により、光接続による損失を第１～第３の実施例よりも低減することが可能となる。

また、本実施例では、誘導構造付きの嵌合用溝９０６を用いることにより、パッシブアライメント自体の誤差耐性を高めることができ、歩留まりの向上、実装時間の更なる短縮、実装コストの更なる低減を見込むことができる。さらに、本実施例では、嵌合用溝９０６をクラッド下部層が露出する深さまで形成することにより、光接続のｙ軸方向（厚さ方向）の精度を第１の実施例よりも高めることが可能となる。本実施例は、第２の実施例と第３の実施例と第４の実施例を組み合わせた例であり、本実施例に限らず本発明の各実施例同士を適宜組み合わせるようにしてもよい。

［第１０の実施例］
次に、本発明の第１０の実施例について説明する。図１９、図２０（Ａ）、図２０（Ｂ）は本発明の第１０の実施例に係る光接続構造を示す模式図である。図１９は光接続構造の斜視図、図２０（Ａ）は光接続構造の接着前の部品展開図、図２０（Ｂ）は光接続構造をｙｚ平面で切断した断面図である。

第１の実施例と同様に、光導波路チップであるＰＬＣ１００１は、基板１０１０上に光導波路１００３およびグレーティングカプラ１００５が形成された構造となっている。光導波路１００３は、クラッド層１００９と、クラッド層１００９の中に形成されたコア１０１１とから構成される。さらに、クラッド層１００９には、グレーティングカプラ１００５が形成され、光導波路１００３とグレーティングカプラ１００５とは光学的に接続されている。このグレーティングカプラ１００５の付近にレンズドファイバ１００２が、このレンズドファイバ１００２よりも低い屈折率を有する光学接着剤１００４により接着されている。レンズドファイバ１００２は、光ファイバの先端をレンズ状に加工したものである。

図２０（Ａ）に示す接着前の部品展開図から明らかなように、ＰＬＣ１００１上には、光導波路１００３およびグレーティングカプラ１００５が形成されている。さらに、ＰＬＣ１００１のクラッド層１００９には、レンズドファイバ１００２と嵌合するための嵌合用溝１００６が、グレーティングカプラ１００５の近傍の位置からクラッド層１００９の面内方向に沿ってＰＬＣ１００１の端面に達する位置まで形成されている。嵌合用溝１００６は、この嵌合用溝１００６に嵌め込まれるレンズドファイバ１００２とグレーティングカプラ１００５との光結合が最良になるように形成されている。これにより、パッシブアライメントに要求される物理的な位置合わせ構造を実現している。嵌合用溝１００６の製法については特に限定しないが、一般的なＰＬＣの作成手法であるフォトリソグラフィを採用した場合でも、パッシブアライメントに要求される精度で作成することができる。

図２０（Ｂ）は、レンズドファイバ１００２がＰＬＣ１００１の嵌合用溝１００６と嵌合している状態の断面図である。レンズドファイバ１００２には、光ファイバコア１００８が形成されている。上記のとおり、レンズドファイバ１００２は、嵌合用溝１００６と嵌合している状態で光学接着剤１００４によりＰＬＣ１００１に接着されている。以上の構造により、レンズドファイバ１００２から光ビーム１００７が出射してグレーティングカプラ１００５を介して光導波路１００３に入射するか、あるいは光導波路１００３からの光がグレーティングカプラ１００５から光ビーム１００７となって出射してレンズドファイバ１００２に入射することにより、ＰＬＣ１００１とレンズドファイバ１００２との間の光結合が成立する。

一般に、商業的な理由や製造上の都合により、光ファイバコア１００８の径、レンズドファイバ１００２のクラッド径、ＰＬＣ１００１のクラッド層１００９の厚さ、光導波路１００３のクラッド層１００９内におけるｙ軸方向（厚さ方向）の位置は自由に選択することができない。しかしながら、本実施例の構造を用いることで、これらの物理的な寸法にとらわれることなく、グレーティングカプラ１００５の光ビーム１００７の結合角度を調整することにより、ＰＬＣ１００１上の光導波路１００３とレンズドファイバ１００２の光ファイバコア１００８との光結合を実現することができる。

また、ＰＬＣ１００１とレンズドファイバ１００２との位置合わせは、ＰＬＣ１００１に形成した嵌合用溝１００６により実施することができる。グレーティングカプラ１００５と嵌合用溝１００６の製造手法について本発明では特に指定しないが、これらグレーティングカプラ１００５や嵌合用溝１００６はフォトリソグラフィや電子ビームリソグラフィ等により高精度に作成することができ、パッシブアライメントの実現に必要な物理的構造の精度を担保することができる。

また、本実施例では、レンズドファイバ１００２と、レンズドファイバ１００２よりも低い屈折率を有する光学接着剤１００４とにより、光路上にレンズを形成することが可能となる。この構造により、グレーティングカプラ１００５とレンズドファイバ１００２の光ファイバコア１００８との間で集光することが可能となる。

こうして、本実施例では、第１の実施例と同様にアクティブアライメントを用いることなく、パッシブアライメントのみでＰＬＣ１００１とレンズドファイバ１００２の光接続を実現することができ、アクティブアライメントを使用する場合よりも実装時間および実装コストを低減することができる。また、本実施例では、レンズドファイバ１００２と、レンズドファイバ１００２よりも低い屈折率を有する光学接着剤１００４とにより、光接続による損失を第１の実施例よりも低減することが可能となる。

［第１１の実施例］
次に、本発明の第１１の実施例について説明する。図２１、図２２（Ａ）、図２２（Ｂ）は本発明の第１１の実施例に係る光接続構造を示す模式図である。図２１は光接続構造の斜視図、図２２（Ａ）は光接続構造の接着前の部品展開図、図２２（Ｂ）は光接続構造をｙｚ平面で切断した断面図である。

第１の実施例と同様に、光導波路チップであるＰＬＣ１１０１は、基板１１１０上に光導波路１１０３およびグレーティングカプラ１１０５が形成された構造となっている。光導波路１１０３は、クラッド層１１０９と、クラッド層１１０９の中に形成されたコア１１１１とから構成される。さらに、クラッド層１１０９には、グレーティングカプラ１１０５が形成され、光導波路１１０３とグレーティングカプラ１１０５とは光学的に接続されている。このグレーティングカプラ１１０５の付近に斜め切断ファイバ１１０２が、この斜め切断ファイバ１１０２よりも低い屈折率を有する光学接着剤１１０４により接着されている。斜め切断ファイバ１１０２は、光ファイバの端面を斜めに切断したものである。

図２２（Ａ）に示す接着前の部品展開図から明らかなように、ＰＬＣ１１０１上には、光導波路１１０３およびグレーティングカプラ１１０５が形成されている。さらに、ＰＬＣ１１０１のクラッド層１１０９には、斜め切断ファイバ１１０２と嵌合するための嵌合用溝１１０６が、グレーティングカプラ１１０５の近傍の位置からクラッド層１１０９の面内方向に沿ってＰＬＣ１１０１の端面に達する位置まで形成されている。嵌合用溝１１０６は、この嵌合用溝１１０６に嵌め込まれる斜め切断ファイバ１１０２とグレーティングカプラ１１０５との光結合が最良になるように形成されている。これにより、パッシブアライメントに要求される物理的な位置合わせ構造を実現している。嵌合用溝１１０６の製法については特に限定しないが、一般的なＰＬＣの作成手法であるフォトリソグラフィを採用した場合でも、パッシブアライメントに要求される精度で作成することができる。

図２２（Ｂ）は、斜め切断ファイバ１１０２がＰＬＣ１１０１の嵌合用溝１１０６と嵌合している状態の断面図である。斜め切断ファイバ１１０２には、光ファイバコア１１０８が形成されている。上記のとおり、斜め切断ファイバ１１０２は、嵌合用溝１１０６と嵌合している状態で光学接着剤１１０４によりＰＬＣ１１０１に接着されている。以上の構造により、斜め切断ファイバ１１０２から光ビーム１１０７が出射してグレーティングカプラ１１０５を介して光導波路１１０３に入射するか、あるいは光導波路１１０３からの光がグレーティングカプラ１１０５から光ビーム１１０７となって出射して斜め切断ファイバ１１０２に入射することにより、ＰＬＣ１１０１と斜め切断ファイバ１１０２との間の光結合が成立する。

一般に、商業的な理由や製造上の都合により、光ファイバコア１１０８の径、斜め切断ファイバ１１０２のクラッド径、ＰＬＣ１１０１のクラッド層１１０９の厚さ、光導波路１１０３のクラッド層１１０９内におけるｙ軸方向（厚さ方向）の位置は自由に選択することができない。しかしながら、本実施例の構造を用いることで、これらの物理的な寸法にとらわれることなく、グレーティングカプラ１１０５の光ビーム１１０７の結合角度を調整することにより、ＰＬＣ１１０１上の光導波路１１０３と斜め切断ファイバ１１０２の光ファイバコア１１０８との光結合を実現することができる。

また、ＰＬＣ１１０１と斜め切断ファイバ１１０２との位置合わせは、ＰＬＣ１１０１に形成した嵌合用溝１１０６により実施することができる。グレーティングカプラ１１０５と嵌合用溝１１０６の製造手法について本発明では特に指定しないが、これらグレーティングカプラ１１０５や嵌合用溝１１０６はフォトリソグラフィや電子ビームリソグラフィ等により高精度に作成することができ、パッシブアライメントの実現に必要な物理的構造の精度を担保することができる。

また、本実施例では、斜め切断ファイバ１１０２と、斜め切断ファイバ１１０２よりも低い屈折率を有する光学接着剤１１０４により、斜め切断ファイバ１１０２の切断面において、切断面法線ベクトルと光ビーム１１０７との成す角度および切断面法線ベクトルと光ファイバコア１１０８との成す角度が、スネルの法則を満たすような値に近づけることが可能となる。この構造により光ビーム１１０７と光ファイバコア１１０８の挿入損失を低減せしめることが可能となる。

こうして、本実施例では、第１の実施例と同様にアクティブアライメントを用いることなく、パッシブアライメントのみでＰＬＣ１１０１と斜め切断ファイバ１１０２の光接続を実現することができ、アクティブアライメントを使用する場合よりも実装時間および実装コストを低減することができる。また、本実施例では、斜め切断ファイバ１１０２と、斜め切断ファイバ１１０２よりも低い屈折率を有する光学接着剤１１０４とにより、光接続による損失を第１の実施例よりも低減することが可能となる。

本発明は、光導波路チップと光ファイバを接続する技術に適用することができる。

１０１，２０１，３０１，４０１，５０１，６０１，７０１，８０１，９０１，１００１，１１０１…ＰＬＣ、１０２，２０２，３０２，４０２，５０２，８０２，９０２…光ファイバ、１０３，２０３，３０３，４０３，５０３，６０３，７０３，８０３，９０３，１００３，１１０３…光導波路、１０４，２０４，３０４，４０４，５０４，６０４，７０４，８０４，９０４，１００４，１１０４…光学接着剤、１０５，２０５，３０５，４０５，５０５，６０５，７０５，８０５，９０５，１００５，１１０５…グレーティングカプラ、１０６，２０６，３０６，４０６，５０６，６０６，７０６，８０６，９０６，１００６，１１０６…嵌合用溝、１０７，２０７，３０７，４０７，５０７，６０７，７０７，８０７，９０７，１００７，１１０７…光ビーム、１０８，２０８，３０８，４０８，５０８，６０８，７０８，８０８，９０８，１００８，１１０８…光ファイバコア、１０９，２０９，３０９，４０９，５０９，６０９，７０９，８０９，９０９，１００９，１１０９…クラッド層、１１０，２１０，３１０，４１０，５１０，６１０，７１０，８１０，９１０，１０１０，１１１０…基板、１１１，２１１，３１１，４１１，５１１，６１１，７１１，８１１，９１１，１０１１，１１１１…コア、５１２…多芯ファイバ用被覆、６０２…マルチコア光ファイバ、７０２…熱拡大コア光ファイバ、１００２…レンズドファイバ、１１０２…斜め切断ファイバ。

Claims

基板上に形成された光導波路と、前記光導波路と光学的に接続された少なくとも１つのグレーティングカプラと、少なくとも１つの溝とを有する光導波路チップと、
この光導波路チップの溝と嵌合する少なくとも１つの光ファイバとからなり、
前記少なくとも１つの溝は、前記光導波路を構成するクラッド層における前記グレーティングカプラの近傍の位置から前記クラッド層の面内方向に沿って伸長し、前記光導波路チップの端面に達しない位置で終わるように形成され、
前記光ファイバは、前記光導波路チップの前記グレーティングカプラが形成された面に対して傾いた状態で前記溝の複数の点と触れるようにして前記溝と嵌合し、前記グレーティングカプラの近傍に前記光ファイバの端面が位置するように配置されて、前記グレーティングカプラと光学的に接続していることを特徴とする光接続構造。
請求項１記載の光接続構造において、
前記光ファイバは、前記溝と嵌合している状態で光学接着剤により前記光導波路チップに接着されていることを特徴とする光接続構造。
請求項２記載の光接続構造において、
前記光学接着剤は、前記溝と嵌合している光ファイバの先端を覆うと共に、この光ファイバと光学的に接続しているグレーティングカプラを覆うように設けられることを特徴とする光接続構造。
請求項１記載の光接続構造において、
前記光ファイバと嵌合する溝は、上から見た平面形状が、前記グレーティングカプラに近い側が矩形、前記光導波路チップの端面に近い側が楕円半球で、前記矩形の幅と前記楕円半球の短径とが一致するように前記矩形と前記楕円半球とを合成した形状であることを特徴とする光接続構造。
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光接続構造において、
前記光ファイバのうち少なくとも１つは、熱拡大コア光ファイバ、レンズドファイバ、斜め切断ファイバ、多芯ファイバもしくはマルチコアファイバであることを特徴とする光接続構造。
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光接続構造において、
前記光ファイバと嵌合する溝は、前記クラッド層を貫通して、クラッド層と異なる下部層が露出する深さまで形成され、この下部層の上面を溝の底面とすることを特徴とする光接続構造。