JP7222426B2 - 光接続構造 - Google Patents

Description

本発明は、光接続構造に関し、より具体的には、光学素子と光ファイバとの光接続構造に関する。

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、関連分野ととも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苦手とする部分がある。それは、コンパクト化と簡便な接続である。

［コンパクト化］
シリコンを中心とする電子回路技術においては、非常に活発に微細化が推し進められてきた。これは、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からである。
一方、光信号処理技術においては、空間光学系の場合、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。以下「ＰＬＣ」という。）においては、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。

［簡便な接続］
電子回路技術の場合、低周波領域においては、単に金属等の導体を接続するだけで簡便に信号を伝達することが可能である。また、高周波領域においても、ＲＦコネクタのようなプラガブル（ｐｌｕｇｇａｂｌｅ）な接続技術が成熟している。これに対し、光信号処理技術の場合、単に光ファイバなどの光信号を伝送を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る。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。

光信号処理技術においては、一般的に、光信号の伝送のために用いられる光ファイバと、伝送された光信号の処理を行う光学素子とが必要となる。光信号の処理を行う光学素子としては、例えば、レンズ、ＰＬＣ、ファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ：Ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｇ）、レーザダイオード（ＬＤ：Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）、フォトディテクタ（ＰＤ：Ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒ）などがある。光信号処理技術を実現する系においては、上述したような光学素子と光ファイバとの光学的接続が不可欠である。一般的に光信号の伝送のための光ファイバにはシングルモードのものが用いられることから、光学素子と光ファイバとの間の光学的接続には、とりもなおさず、サブμｍオーダーの精度でのアライメントが必要になる。

上述した光学素子と光ファイバの接続の中で、代表的なものの一つは、ＰＬＣと光ファイバとの直接光学的接続である。

図７に示すＰＬＣと光ファイバとの接合例では、石英系ＰＬＣ７０１と光ファイバ７０２とが光学的接続を形成している。ここで石英系ＰＬＣ７０１は、導波路７０３を持ち、この導波路は、ＧｅドープしているＳｉＯ₂のコアと、ノンドープのＳｉＯ₂のクラッドとからなる。図７では、導波路７０３がマッハツェンダー干渉計を構成する例を示しているが、これはあくまで一例であり、石英系ＰＬＣ７０１はどのような回路を持っていても良い。ガラスブロック７０６と石英系ＰＬＣ７０１とはあらかじめ互いに接合されている。また、光ファイバ７０２とファイバブロック７０５ともあらかじめ互いに接合されている。これら、ガラスブロック７０６と石英系ＰＬＣ７０１と間の接合および光ファイバ７０２とファイバブロック７０５と間の接合は、光学的接続に先立って物理的に形成されている。このような構成は、石英系ＰＬＣに多く見られる形態である。

このような構成をとるためには、一般に、石英系ＰＬＣ７０１の端面の光導波路７０３のコア断面付近にファイバブロック７０５に接合されている光ファイバ７０２のコア断面を近づけ、アクティブアライメントにより最適な位置を決定した後、すなわち、光学的接続の位置合わせを行った後、接着剤７０４によってこれらのデバイスを互いに固定することになる。

アクティブアライメントは、一般に専用の装置を用いて、ＰＬＣ及び光ファイバに光を通しながらその伝搬光を観測して位置を調整する位置合わせ手法である。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。

このようなアクティブアライメントに対して、パッシブアライメントという概念も提案されている。パッシブアライメントは、位置合わせをするべき素子同士の物理的構造、例えば、嵌合や突合せを利用して位置合わせを行う技術である。パッシブアライメントは、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しない。しかしながら、現時点では、ＰＬＣをはじめとする光学素子と光ファイバとの間の光学的接続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。したがって、図７に示すような光学素子と光ファイバとの光接続は、アクティブアライメントを前提としているのが現状である。

河内正夫 著、電子情報通信学会論文誌 C Vol.J81-C2 No.6 pp.513-523

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ともに、長い実装時間と高い実装コストを要するという問題点があった。
そこで、本発明は、光学素子と光ファイバとの位置合わせをパッシブアライメントにより実現し、光学素子と光ファイバと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を目的とする。

本発明に係る光接続構造は、光学素子（１０３）と、円柱状のコア及び当該コアと同軸で円筒状のクラッドからなるシングルコアの光ファイバであり前記光学素子と対向する端面を有する光ファイバ（１０１）と、前記端面と前記光学素子の前記端面に対向する対向面との間に塗布されて、前記光学素子と前記光ファイバとを光学的かつ機械的に接続する接着剤（１０４）とからなり、前記光学素子の前記対向面と前記接着剤の外周面とがなす接触角、および、前記光ファイバの前記端面と前記接着剤の外周面とがなす接触角は、いずれも９０度未満であり、前記光ファイバは、前記端面に開口する穴を有し、前記接着剤の一部は、前記穴に入り込む、ことを特徴とする。

本発明によれば、光学素子の前記対向面と前記接着剤の外周面とがなす接触角、および、前記光ファイバの前記端面と前記接着剤の前記外周面とがそれぞれなす接触角をいずれも９０度未満とすることにより、接着剤の表面張力を利用して光学素子と光ファイバとの接続をパッシブアライメントにより実現し、光学素子と光ファイバと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。

図１Ａは、本発明の第１の実施形態に係る光接続構造の概要を説明する斜視図である。 図１Ｂは、第１の実施形態に係る光接続構造のｙｚ平面における断面図である。 図１Ｃは、光ファイバの端面を接着面から見た図である。 図１Ｄは、レンズを接着面から見た図である。 図２Ａは、本発明の第２の実施形態に係る光接続構造の概要を説明する斜視図である。 図２Ｂは、第２の実施形態に係る光接続構造のｙｚ平面における断面図である。 図２Ｃは、光ファイバの端面を接着面から見た図である。 図２Ｄは、レンズを接着面から見た図である。 図３Ａは、本発明の第３の実施形態に係る光接続構造の概要を説明する斜視図である。 図３Ｂは、第３の実施形態に係る光接続構造のｙｚ平面における断面図である。 図３Ｃは、第３の実施形態に係る光接続構造をｙ方向から見た図である。 図３Ｄは、光ファイバの端面を接着面から見た図である。 図３Ｅは、ＰＬＣを接着面から見た図である。 図４Ａは、本発明の第４の実施形態に係る光接続構造の概要を説明する斜視図である。 図４Ｂは、第４の実施形態に係る光接続構造のｙｚ平面における断面図である。 図４Ｃは、第４の実施形態に係る光接続構造をｙ方向から見た図である。 図４Ｄは、光ファイバの端面を接着面から見た図である。 図４Ｅは、ＰＬＣを接着面から見た図である。 図５Ａは、本発明の第５の実施形態に係る光接続構造の概要を説明する斜視図である。 図５Ｂは、第５の実施形態に係る光接続構造のｙｚ平面における断面図である。 図５Ｃは、第５の実施形態に係る光接続構造をｙ方向から見た図である。 図５Ｄは、光ファイバの端面を接着面から見た図である。 図５Ｅは、ＰＬＣを接着面から見た図である。 図６Ａは、本発明の第６の実施形態に係る光接続構造の概要を説明する斜視図である。 図６Ｂは、第６の実施形態に係る光接続構造のｙｚ平面における断面図である。 図６Ｃは、第６の実施形態に係る光接続構造をｙ方向から見た図である。 図６Ｄは、光ファイバの端面を接着面から見た図である。 図６Ｅは、ＰＬＣを接着面から見た図である。 図７は、従来の光学素子と光ファイバとの光接続を説明するための図である。

以下、図面を参照して本発明に係る光接続構造の実施の形態について説明する。

［第１の実施の形態］
本発明の第１の実施の形態に係る光接続構造は、図１Ａ～図１Ｄに示すように、レンズ１０３と光ファイバ１０１とを接着剤１０４によって接続する光接続構造である。光ファイバ１０１の内部に光ファイバコア１０２が形成されている。接着剤１０４は、レンズ１０３の光ファイバ１０１と対向する面と、光ファイバ１０１のレンズと対向する端面とに塗布されている。レンズ１０３が光ファイバ１０１の端面に接着剤１０４によって接着されることによって、光ファイバ１０１とレンズ１０３は接着剤１０４により光学的にも機械的にも互いに接続されている。

図１Ａおよび図１Ｂに示すように、レンズ１０３の表面と接着剤１０４の表面とがなす接触角、および、光ファイバ１０１の端面と接着剤１０４の表面とがなす接触角は、いずれも９０度未満となっている。

この構造により、接着剤１０４が硬化する前の時点において、接着剤１０４の表面張力の働きにより光ファイバ１０１とレンズ１０３の相対位置が安定した状態となるように変化する。そのため、表面張力の釣り合った状態でアライメント位置となるように光ファイバ１０１とレンズ１０３の材料、外形、および表面状態と接着剤１０４の材料を設計しておけば、光ファイバ１０１とレンズ１０３の間に自発的なアライメントを実現できる。例えば、光ファイバ１０１の端面と、レンズ１０３の光ファイバ１０１の端面と対向する面とを、それぞれ光軸の周りに回転対称となる形状とすることが考えられる。

この接着剤１０４が硬化する前の時点における自発的なアライメントが生じた後に、接着剤１０４を硬化させることで、安定的な光学的接続を得ることが出来る。これにより、アクティブアライメント無しにパッシブアライメントのみで、ｘ軸方向およびｙ軸方向を高精度に制御して、光ファイバ１０１とレンズ１０３の光接続を実現することが出来るとともに、アクティブアライメントを使用するときよりも実装時間および実装コストを改善できる。

なお、接着剤１０４は、光学的に損失が小さいことが望ましいため、光学用の接着剤がよい。また、接着剤１０４は、熱硬化タイプの接着剤を用いてもよいし、紫外線硬化タイプのものでもよい。

［第２の実施の形態］
第２の実施の形態に係る光接続構造は、上述した第１の実施の形態に係る光接続構造と同様に、レンズ２０３と光ファイバ１０１とを接着剤１０４によって接続する光接続構造である。第２の実施の形態に係る光接続構造における光ファイバ２０１は、図２Ａ～図２Ｃに示すように、光ファイバコア２０２に加えて、端面に開口する穴２０５を備えた、いわゆる穴あき光ファイバである。

本実施の形態において、穴あき光ファイバ２０１は、穴２０５として、クラッド部分に光ファイバコア２０２と平行に、すなわち、光ファイバ２０１の導波方向と平行に形成された柱状の空孔を備えている。図２Ａ～図２Ｃに示すように、本実施の形態において、ｚ方向から見たときに、２つの空孔が光ファイバコア２０２を挟んで対称の位置に配置されている。それぞれの穴２０５は、円柱状の空孔である。

この穴２０５の中には接着剤２０４の一部が入り込んでいる。レンズ２０３は、接着剤２０４によって、光ファイバ２０１の端面に固定されている。その結果、穴あき光ファイバ２０１とレンズ２０３とは、接着剤２０４により光学的にも機械的にも互いに接続されている。
なお、図２Ｄに示すように、レンズ２０３の光ファイバ２０１の端面と対向する面は、第１の実施の形態に係る光接続構造におけるレンズ１０３と変わるところはない。

本実施の形態に係る光接続構造においても、レンズ２０３の表面と接着剤２０４の表面とがなす接触角、ならびに、光ファイバ２０１の端面および穴２０５の壁面と接着剤２０４の表面とがなす接触角は、いずれも９０度未満となっている。

したがって、同様に穴あき光ファイバ２０１とレンズ２０３および穴２０５の材料、外形、および表面状態と接着剤２０４の材料を、硬化前の接着剤２０４と接する素子表面とその硬化前の接着剤２０４の接触角が９０度未満となるように設計することで、接着剤２０４が硬化する前の時点において、穴あき光ファイバ２０１とレンズ２０３の相対位置が、表面張力の働きにより安定した状態に変化して、表面張力の釣り合った状態でアライメント位置となるので、自発的なアライメントと毛細管現象が生じた後に、接着剤２０４を硬化させることで、穴あき光ファイバ２０１とレンズ２０３の間に自発的なアライメントを実現できる。

また、穴あき光ファイバ２０１の端面に接着剤２０４を塗布すると、毛細管現象により接着剤２０４の一部が穴あき光ファイバ２０１の穴２０５の中に入り込む。このように硬化前の接着剤２０４が毛細管現象により穴２０５に流れ込むことで、穴あき光ファイバ２０１とレンズ２０３の間隔を制御することが可能となる。この接着剤２０４が硬化する前の時点における自発的なアライメントと毛細管現象が生じた後に、接着剤２０４を硬化させることで、安定的な光学的接続を得ることが出来る。

これにより、アクティブアライメント無しにパッシブアライメントのみで、ｘ軸方向、ｙ軸方向およびｚ軸方向を高精度に制御して、穴あき光ファイバ２０１とレンズ２０３の光接続を実現することが出来るとともに、アクティブアライメントを使用するときよりも実装時間および実装コストを改善できる。

なお、本実施の形態においては、例えば、図２Ｄに示すように、光ファイバ２０１の２つの穴２０５が光ファイバコア２０２を挟んで対称の位置に形成されているが、光ファイバ２０１に形成される穴の数やその配置については、パッシブアライメントを実現する上で適宜選択することができる。

［第３の実施の形態］
本発明の第３の実施の形態に係る光接続構造は、図３Ａ～図３Ｅに示すように、穴あき光ファイバ３０１と、ＰＬＣ３０３とを接着剤３０４によって接続する構造である。

穴あき光ファイバ３０１の構成は、第２の実施の形態における穴あき光ファイバ２０１と同じある。すなわち、光ファイバ３０１は、穴３０５として、光ファイバコア３０２と平行に形成された、すなわち、光ファイバ３０１の導波方向に沿って形成された２つの円柱状の空孔を備えている。２つの穴は、図３Ｃに示すように、ｙ方向から見て光ファイバコア３０２に対して対称の位置に形成されている。

一方、図３Ａ、図３Ｂおよび図３Ｅに示すように、ＰＬＣ３０３には、ＰＬＣコア３０６が形成されている。

本実施の形態に係る光接続構造においては、図３Ｂに示すように、光ファイバ３０１の端面にＰＬＣ３０３が接着剤３０４によって固定されるとともに、光ファイバコア３０２の光軸とＰＬＣコア３０６の光軸とがアライメントされて、光ファイバ３０１とＰＬＣ３０３とが光学的にも機械的にも互いに接続されている。ここで接着剤３０４の一部は、穴３０５の中に入り込んでいる。

本実施の形態に係る光接続構造においても、図３Ｂおよび図３Ｃに示すように、ＰＬＣ３０３の表面と接着剤３０４の表面とがなす接触角、ならびに、光ファイバ３０１の端面および穴３０５の壁面と接着剤３０４の表面とがなす接触角は、いずれも９０度未満となっている。

したがって、穴あき光ファイバ３０１とＰＬＣ３０３および穴３０５の材料、外形、および表面状態と接着剤３０４の材料を、硬化前の接着剤３０４と接する素子表面とその硬化前の接着剤３０４の接触角が９０度未満となるように設計することで、接着剤３０４が硬化する前の時点において、穴あき光ファイバ３０１とＰＬＣ３０３の相対位置が、接着剤３０４の表面張力の働きにより安定した状態に変化して、表面張力の釣り合った状態でアライメント位置となるので、自発的なアライメントと毛細管現象が生じた後に、接着剤３０４を硬化させることで、穴あき光ファイバ３０１とＰＬＣ３０３の間に自発的なアライメントを実現できる。

また、硬化前の接着剤３０４が毛細管現象により穴あき光ファイバ３０１の穴３０５に流れ込むことで、穴あき光ファイバ３０１とＰＬＣ３０３の間隔およびｚ軸まわりの回転方向の傾きを制御することが可能となる。

この接着剤３０４が硬化する前の時点における自発的なアライメントと毛細管現象が生じた後に、接着剤３０４を硬化させることで、安定的な光学的接続を得ることが出来る。これにより、アクティブアライメント無しにパッシブアライメントのみで、ｘ軸方向、ｙ軸方向およびｚ軸方向の位置ならびにｚ軸まわりの回転方向の傾きを高精度に制御して、穴あき光ファイバ３０１とＰＬＣ３０３の光接続を実現することが出来るとともに、アクティブアライメントを使用するときよりも実装時間および実装コストを改善できる。

なお、本実施の形態においては、例えば、図３Ｄに示すように、２つの穴３０５が光ファイバコア３０２を挟んで対称の位置に形成されているが、光ファイバ３０１に形成される穴の数やその配置については、パッシブアライメントを実現する上で適宜選択することができる。

［第４の実施の形態］
本発明の第４の実施の形態に係る光接続構造は、図４Ａ～図４Ｅに示すように、穴あきマルチコア光ファイバ４０１と、ＰＬＣ４０３とを接着剤４０４によって接続する構造である。

穴あきマルチコア光ファイバ４０１は、図４Ａおよび図４Ｂに示すように、複数の光ファイバコア４０２と、穴４０５として、光ファイバコア４０２と平行に形成された、すなわち、穴あきマルチコア光ファイバ４０１の導波方向に沿って形成された２つの円柱状の空孔を備えている。本実施の形態においては、図４Ｄに示すように、複数の光ファイバコア４０２と２つの穴４０５とは、ｚ方向から見て一直線上に配置されており、２つの穴４０５は、光ファイバコア４０２を挟んで対称の位置に設けられている。

一方、図４Ａ、図４Ｂおよび図４Ｅに示すように、ＰＬＣ４０３には、複数のＰＬＣコア４０６が形成されている。これらのＰＬＣコア４０６も、－ｚ方向から見て一直線上に配置されている。

本実施の形態に係る光接続構造においては、図４Ｂに示すように、穴あきマルチコア光ファイバ４０１の端面にＰＬＣ４０３が接着剤４０４によって固定されるとともに、穴あきマルチコア光ファイバ４０１の複数の光ファイバコア４０２の光軸とＰＬＣ４０３の複数のＰＬＣコア４０６の光軸とがそれぞれアライメントされて、穴あきマルチコア光ファイバ４０１とＰＬＣ４０３とが光学的にも機械的にも互いに接続されている。ここで接着剤４０４の一部は、穴４０５の中に入り込んでいる。

本実施の形態に係る光接続構造においても、図４Ｂおよび図４Ｃに示すように、ＰＬＣ４０３の表面と接着剤４０４の表面とがなす接触角、ならびに、穴あきマルチコア光ファイバ４０１の端面および穴４０５の壁面と接着剤４０４の表面とがなす接触角は、いずれも９０度未満となっている。

したがって、穴あきマルチコア光ファイバ４０１とＰＬＣ４０３および穴４０５の材料、外形、および表面状態と接着剤４０４の材料を、硬化前の接着剤４０４と接する素子表面とその硬化前の接着剤４０４の接触角が９０度未満となるように設計することで、接着剤４０４が硬化する前の時点において、穴あきマルチコア光ファイバ４０１とＰＬＣ４０３の相対位置が、接着剤４０４の表面張力の働きにより安定した状態に変化して、表面張力の釣り合った状態でアライメント位置となるので、自発的なアライメントと毛細管現象が生じた後に、接着剤４０４を硬化させることで、穴あきマルチコア光ファイバ４０１とＰＬＣ４０３の間に自発的なアライメントを実現できる。

また、硬化前の接着剤４０４が毛細管現象により穴あきマルチコア光ファイバ４０１の穴４０５に流れ込むことで、穴あきマルチコア光ファイバ４０１とＰＬＣ４０３の間隔およびｚ軸まわりの回転方向の傾きを制御することが可能となる。

この接着剤４０４が硬化する前の時点における自発的なアライメントと毛細管現象が生じた後に、接着剤４０４を硬化させることで、安定的な光学的接続を得ることが出来る。これにより、アクティブアライメント無しにパッシブアライメントのみで、ｘ軸方向、ｙ軸方向およびｚ軸方向の位置ならびにｚ軸まわりの回転方向の傾きを高精度に制御して、穴あきマルチコア光ファイバ４０１とＰＬＣ４０３のすべての導波路コアにおける光接続を実現することが出来るとともに、アクティブアライメントを使用するときよりも実装時間および実装コストを改善できる。

なお、本実施の形態においては、例えば、図４Ｄに示すように、２つの穴４０５が複数の光ファイバコア４０２を挟んで対称の位置に形成されているが、穴あきマルチコア光ファイバ４０１に形成される穴の数やその配置については、パッシブアライメントを実現する上で適宜選択することができる。

［第５の実施の形態］
本発明の第５の実施の形態に係る光接続構造は、図５Ａ～図５Ｅに示すように、溝付きマルチコア光ファイバ５０１と、ＰＬＣ５０３とを接着剤５０４によって接続する構造である。

溝付きマルチコア光ファイバ５０１は、図５Ａおよび図５Ｂに示すように、複数の光ファイバコア５０２と、溝付きマルチコア光ファイバ５０１の側面に形成され、その一端が溝付きマルチコア光ファイバ５０１の端面に接続する溝５０５を備えている。本実施の形態において、溝５０５は、穴あきマルチコア光ファイバ４０１の導波方向に沿って、その長手方向に垂直な断面が略Ｖ字型となるように形成されている。また、本実施の形態においては、複数の光ファイバコア５０２がｚ方向から見てｙ方向に一列に配置され、２本の溝５０５がその延長線上に、複数の光ファイバコア５０２を挟んで対称の位置に形成されている。

一方、図５Ａ、図５Ｂおよび図５Ｅに示すように、ＰＬＣ５０３には、複数のＰＬＣコア５０６が形成されている。これらのＰＬＣコア５０６も、－ｚ方向から見てｙ方向に沿って一直線上に配置されている。

本実施の形態に係る光接続構造においては、図５Ｂに示すように、溝付きマルチコア光ファイバ５０１の端面にＰＬＣ５０３が接着剤５０４によって固定されるとともに、複数の光ファイバコア５０２の光軸と複数のＰＬＣコア５０６の光軸とがそれぞれアライメントされて、溝付きマルチコア光ファイバ５０１とＰＬＣ５０３とが光学的にも機械的にも互いに接続されている。ここで接着剤５０４の一部は、溝５０５に入り込んでいる。

本実施の形態に係る光接続構造では、硬化前の接着剤５０４の一部が、濡れの拡大により溝５０５に流れ込む。本実施の形態に係る光接続構造においても、図５Ｂおよび図５Ｃに示すように、ＰＬＣ５０３の表面と接着剤５０４の表面とがなす接触角、ならびに、溝付きマルチコア光ファイバ５０１の端面および溝５０５の壁面と接着剤５０４の表面とがなす接触角は、いずれも９０度未満となっている。

したがって、溝付きマルチコア光ファイバ５０１とＰＬＣ５０３および溝５０５の材料、外形、および表面状態と接着剤５０４の材料を、硬化前の接着剤５０４と接する素子表面とその硬化前の接着剤５０４の接触角が９０度未満となるように設計することで、接着剤５０４が硬化する前の時点において、溝付きマルチコア光ファイバ５０１とＰＬＣ５０３の相対位置が、接着剤５０４の表面張力の働きにより安定した状態に変化して、表面張力の釣り合った状態でアライメント位置となる。そして、自発的なアライメントと毛細管現象が生じた後に、接着剤５０４を硬化させることで、溝付きマルチコア光ファイバ５０１とＰＬＣ５０３の間に自発的なアライメントを実現できる。

また、硬化前の接着剤５０４が濡れの拡大により溝５０５に流れ込むことで、溝付きマルチコア光ファイバ５０１とＰＬＣ５０３の間隔およびｚ軸まわりの回転方向の傾きを制御することが可能となる。

この接着剤５０４が硬化する前の時点における自発的なアライメントと濡れの拡大が生じた後に、接着剤５０４を硬化させることで、安定的な光学的接続を得ることが出来る。これにより、アクティブアライメント無しにパッシブアライメントのみで、ｘ軸方向、ｙ軸方向およびｚ軸方向の位置ならびにｚ軸まわりの回転方向の傾きを高精度に制御して、溝有りマルチコア光ファイバ５０１とＰＬＣ５０３のすべての導波路コアにおける光接続を実現することが出来るとともに、アクティブアライメントを使用するときよりも実装時間および実装コストを改善できる。

この形態は、ファイバの加工が上述した第４の実施の形態に係る光接続構造に比べて容易であり、少量生産に適している。

なお、本実施の形態において、溝５０５は、その長手方向に垂直な断面が略Ｖ字型となるように形成されているものとして説明したが、溝の断面形状は略Ｖ字型に限られず、例えば、半円形、矩形など、任意の形状とすることができる。
また、本実施の形態においては、溝付きマルチコア光ファイバ５０１の側面に形成された溝５０５は、例えば、図５Ｄに示すように、光ファイバコア５０２を挟んで対称の位置に配置されているが、溝付きマルチコア光ファイバ５０１の側面に形成される溝の数やその配置については、パッシブアライメントを実現する上で適宜選択することができる。

［第６の実施の形態］
本発明の第６の実施の形態に係る光接続構造は、図６Ａ～図６Ｅに示すように、側面に平坦な面６０５を有するマルチコア光ファイバ６０１と、ＰＬＣ６０３とを接着剤６０４によって接続する構造である。

マルチコア光ファイバ６０１は、図６Ａおよび図６Ｂに示すように、複数の光ファイバコア６０２と、マルチコア光ファイバ６０１の側面に、マルチコア光ファイバ６０１の導波方向に沿って形成されて、その一端がマルチコア光ファイバ６０１の端面に接続する２つの平坦な面（以下、光ファイバの側面に形成され、その光ファイバの端面に接続する平坦な面を「平坦側面」という。）６０５を備えている。本実施の形態においては、複数の光ファイバコア６０２がｚ方向から見てｙ方向に一列に配置されている。２つの平坦側面６０５は、その延長線上に、すなわち、光ファイバコア６０２が配列されるｙ軸方向とそれぞれ直交し、複数の光ファイバコア６０２を挟んで対称の位置に形成されている。

一方、図６Ａ、図６Ｂおよび図６Ｅに示すように、ＰＬＣ６０３には、複数のＰＬＣコア６０６が形成されている。これらのＰＬＣコア６０６も、－ｚ方向から見てｙ方向に沿って一直線上に配置されている。

本実施の形態に係る光接続構造においては、図６Ｂに示すように、マルチコア光ファイバ６０１の端面にＰＬＣ６０３が接着剤６０４によって固定されるとともに、マルチコア光ファイバ６０１の複数の光ファイバコア６０２の光軸とＰＬＣ６０３の複数のＰＬＣコア６０６の光軸とがそれぞれアライメントされて、マルチコア光ファイバ６０１とＰＬＣ６０３とが光学的にも機械的にも互いに接続されている。ここで接着剤６０４の一部は、接着剤６０４の硬化前の表面張力による濡れの拡大によって、平坦側面６０５に塗布されている。

本実施の形態に係る光接続構造においても、図６Ｂおよび図６Ｃに示すように、ＰＬＣ６０３の表面と接着剤６０４の表面とがなす接触角、ならびに、マルチコア光ファイバ６０１の端面および平坦側面６０５と接着剤５０４の表面とがなす接触角は、いずれも９０度未満となっている。

したがって、平坦側面６０５を有するマルチコア光ファイバ６０１とＰＬＣ６０３の材料、外形、および表面状態と接着剤６０４の材料を、硬化前の接着剤６０４と接する素子表面とその硬化前の接着剤６０４の接触角が９０度未満となるように設計することで、接着剤６０４が硬化する前の時点において、平坦側面６０５を有するマルチコア光ファイバ６０１とＰＬＣ６０３の相対位置が、接着剤６０４の表面張力の働きにより安定した状態に変化して、表面張力の釣り合った状態でアライメント位置となる。そして、自発的なアライメントと毛細管現象が生じた後に、接着剤６０４を硬化させることで、マルチコア光ファイバ６０１とＰＬＣ６０３の間に自発的なアライメントを実現できる。

また、硬化前の接着剤６０４が濡れの拡大により平坦側面６０５に流れ込むことで、マルチコア光ファイバ６０１とＰＬＣ６０３の間隔およびｚ軸まわりの回転方向の傾きを制御することが可能となる。

この接着剤６０４が硬化する前の時点における自発的なアライメントと濡れの拡大が生じた後に、接着剤６０４を硬化させることで、安定的な光学的接続を得ることが出来る。これにより、アクティブアライメント無しにパッシブアライメントのみで、ｘ軸方向、ｙ軸方向およびｚ軸方向の位置ならびにｚ軸まわりの回転方向の傾きを高精度に制御して、マルチコア光ファイバ６０１とＰＬＣ６０３のすべての導波路コアにおける光接続を実現することが出来るとともに、アクティブアライメントを使用するときよりも実装時間および実装コストを改善できる。

なお、本実施の形態に係る光接続構造において用いられる、平坦側面６０５を有するマルチコア光ファイバ６０１は、ｚ軸回りの回転に対する構造上の異方性により、ｚ軸回りの回転方向についても一定の位置にアライメントすることが可能となる。
このように平坦側面６０５を有するマルチコア光ファイバ６０１は、多く市販されているので、容易に入手できる。したがって、第３～第５の実施の形態に係る光接続構造と比較して、本実施の形態に係る光接続構造を容易に実現することができる。

また、本実施の形態においては、平坦側面６０５は、例えば、図６Ｄに示すように、光ファイバコア６０２を挟んでマルチコア光ファイバ６０１の両側に互いに平行となるように形成されているが、マルチコア光ファイバ６０１の平坦側面の数やその配置については、パッシブアライメントを実現する上で適宜選択することができる。

［変形例］
以上の第１～第６の実施の形態に係る光接続構造において、光ファイバに接続される光学素子をレンズまたはＰＬＣとする例について説明したが、光学素子としてＬＤ、ＰＤ、変調器、光学フィルタなどを接続する際にも適用することができる。これらの光学素子はあくまでも例示にすぎず、本発明は、光ファイバに接続されるあらゆる光学素子について適用することが可能である。

また、光学素子としてＰＬＣを用いた場合でも、そのＰＬＣを構成する材料系は、任意に選択できる。例えば、石英系ＰＬＣによる系では、支持基板およびクラッド層には、それぞれＳｉ基板およびＳｉＯ₂を用いることができるが、石英系ＰＬＣ以外にも、ＴａＯ₂／ＳｉＯ₂系やニオブ酸リチウム系といった、誘電体材料系の材料や化合物半導体系の材料からな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。したがって、導波路型ＬＤおよび導波路型ＰＤも、本発明における光学素子に含まれる。

また、上述した第２および第３の実施の形態に係る光接続構造において、穴あき光ファイバを用いた実施の形態について説明したが、穴あき光ファイバには、フォトニック結晶光ファイバやホーリーファイバが含まれる。また、特にフォトニック結晶光ファイバまたはホーリーファイバにも分類できない穴の開いた光ファイバに対しても、本発明を適用することが可能である。

第２～第６の実施の形態においては、それぞれ、穴、溝または平坦側面が２つずつ設けられた光ファイバを例に説明したが、本発明においては、穴、溝または平坦側面を設けるか否かは任意である。また、穴、溝または平坦側面を設ける場合でも、その数は２つに限る必要はなく、１つ以上の任意の数量とすることができる。

また、第４～第６の実施の形態においては、光ファイバとしてマルチコア光ファイバを用いた例について説明したが、マルチコア光ファイバは、一般的なシングルモードかつシングルコアの光ファイバと異なり、光学的に軸対称でない光ファイバの一例として挙げたものである。本発明において光ファイバは、特定の種類の光ファイバに限定されるものではない。本発明は、一般的なシングルモードかつシングルコアの光ファイバや上述したマルチコア光ファイバはもちろんのこと、偏波保持ファイバ等、マルチコア光ファイバ以外の光学的に軸対称でない光ファイバを含め、あらゆるタイプの光ファイバに対して適用することができる。
同様に、ＰＬＣ等の光学素子も、光学的に軸対称な構造を持たないものであってもよい。

１０１…光ファイバ、２０１，３０１…穴あき光ファイバ、４０１…穴あきマルチコア光ファイバ、５０１…溝付きマルチコア光ファイバ、６０１…平坦側面を有するマルチコア光ファイバ、１０２，２０２，３０２，４０２，５０２，６０２…光ファイバコア、１０３，２０３…レンズ、３０３，４０３，５０３，６０３…ＰＬＣ、１０４，２０４，３０４，４０４，５０４，６０４…接着剤、２０５，３０５，４０５…穴、５０５…溝、６０５…平坦側面、３０６，４０６，５０６，６０６…ＰＬＣコア。

Claims (7)

1. 光学素子と、
   円柱状のコア及び当該コアと同軸で円筒状のクラッドからなるシングルコアの光ファイバであり前記光学素子と対向する端面を有する光ファイバと、
   前記端面と前記光学素子の前記端面に対向する対向面との間に塗布されて、前記光学素子と前記光ファイバとを光学的かつ機械的に接続する接着剤とからなり、
   前記光学素子の前記対向面と前記接着剤の外周面とがなす接触角、および、前記光ファイバの前記端面と前記接着剤の外周面とがなす接触角は、いずれも９０度未満であり、
   前記光ファイバは、前記端面に開口する穴を有し、
   前記接着剤の一部は、前記穴に入り込む、
   ことを特徴とする、光接続構造。
2. 請求項１に記載された光接続構造において、
   前記穴は、前記光ファイバの導波方向と平行に形成された柱状の空孔である
   ことを特徴とする、光接続構造。
3. 請求項１又は２に記載された光接続構造において、
   前記光ファイバは、前記光ファイバの側面に形成され、その一端が前記端面に接続する溝を有し、
   前記接着剤の一部は、前記溝に入り込んでいる
   ことを特徴とする、光接続構造。
4. 請求項３記載の光接続構造において、
   前記溝は、前記光ファイバの導波方向に沿って形成されている
   ことを特徴とする、光接続構造。
5. 請求項１～４のいずれか一つに記載された光接続構造において、
   前記光ファイバは、前記光ファイバの側面に形成され、その一端が前記端面に接続する平坦面を有し、
   前記接着剤の一部は、前記平坦面の少なくとも一部に塗布されている
   ことを特徴とする、光接続構造。
6. 請求項１～５のいずれか一つに記載された光接続構造において、
   前記光学素子および前記光ファイバの少なくとも一方は、光学的に軸対称な構造を持たない
   ことを特徴とする、光接続構造。
7. 請求項１～６のいずれか一つに記載された光接続構造において、
   前記光学素子は、平面光波回路である
   ことを特徴とする、光接続構造。

Images