JP7347505B2 - 光ファイバガイド構造および光ファイバ接続構造 - Google Patents

光ファイバガイド構造および光ファイバ接続構造 Download PDF

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Description

本発明は、光ファイバガイド構造および光ファイバ接続構造に関し、特に、光導波路デバイスに光ファイバを接続するための光ファイバガイド構造および光ファイバ接続構造に関する。
近年、動画サービスによる個人トラフィック消費の増加や、IoT(Internet of Things)、クラウドサービスなどによる法人トラフィックの増加に伴い、データセンタ内やデータセンタ間の通信容量の大幅な拡大が求められている。通信容量の拡大を実現するために、従来の電気信号を用いた短距離通信方式に代わって、光通信で用いられる光伝送技術などを用いた光インタコネクション技術の導入が進んでいる。
光インタコネクションの代表的な方式においては、プリント基板上に配置されたレーザダイオード(LD)などの光発光素子とフォトダイオード(PD)などの光受光素子間を光導波路や光ファイバなどの光伝送媒体を用いて伝送することで信号処理が実現されている。
伝送方式によっては、光発光素子には、光変調素子などが集積されるか、あるいはディスクリートに接続され、さらに電気-光変換を行うドライバなどが接続される。これら光発光素子、光変調素子、ドライバなどを含む構成が光送信機としてプリント基板上に実装されている。同様に、光受光素子には、光処理機などが適宜集積されるか、あるいはディスクリートに接続され、さらに光-電気変換を行う電気増幅回路などが接続される。これら光受光素子、光処理機、電気増幅回路などを含む構成が光受信機としてプリント基板上に実装されている。
これら光送信機と光受信機とを一体化した光送受信機などがパッケージ内やプリント基板上に搭載され、光ファイバなどの光伝送媒体と光学的に接続されることで、光インタコネクションが実現されている。また、トポロジーによっては、光スイッチなどの中継器などを介して実現されている。
前記光発光素子や光受光素子、光変調素子としては、シリコンやゲルマニウムなどの半導体や、インジウムリン(InP)やガリウムヒ素(GaAs)、インジウムガリウムヒ素(InGaAs)等に代表されるIII-V族半導体などの材料を用いる素子が実用化されている。近年では、これらの素子と共に、光の伝播機構を有するシリコン光回路やインジウムリン光回路などを集積した光導波路型の光送受信機が発展している。また光変調素子としては、半導体の他に、ニオブ酸リチウムなどの強誘電体系やポリマーなどの材料を用いる場合もある。
更に、上記の光発光素子や光受光素子、光変調素子と共に、石英ガラスなどからなる平面光波回路(Planar Lightwave Circuit)などからなる光機能素子が集積されることがある。光機能素子としてはスプリッタ、波長合分波器、光スイッチ、偏波制御素子、光フィルタなどがある。以降、上記の光の伝播、導波機構を有する光発光素子、光受光素子、光変調素子、光機能素子、光増幅素子などを集積したデバイスを「光導波路デバイス」と呼ぶこととする。
通常、光導波路デバイスは、V溝を形成したガラスなどと一体化された光ファイバアレイと接続されている。この構造においては、光ファイバの各コアと、光導波路デバイスの各導波路のコアとが低損失で接続することが求められる。この低損失の接続のためには、サブミクロン単位で光導波路デバイスと光ファイバとを位置決め(以下、「調芯」と呼ぶ。)・固定することが必要である。従来の光導波路デバイスでは、光を実際に入出力させてパワーをモニタしながらの調芯(光学調芯)が行われ、光ファイバアレイと一体化された状態でパッケージ内やボード上に搭載されることとなる。しかしながら、光ファイバの取り扱いが煩雑であることから、より簡易に光導波路デバイスと光ファイバとを調芯・固定することが求められている。
光導波路デバイスと光ファイバとを簡易に位置決め・固定する多くの方法が提案されている。代表的な簡易化の方法は、上記に述べた光学調芯方法を機械的な位置決めにより調芯する方法に変更することである。
機械的な位置決めにより調芯する1つの方法として、光ファイバ挿入用のガイド孔を複数個有する光ファイバガイド部品をあらかじめ光学調芯などにより、光導波路デバイスに調芯・固定しておき、ボード上あるいはパッケージ内で光ファイバを光ファイバガイド部品のガイド孔に挿入して、固定する方法が提案されている(特許文献1参照)。特許文献1に記載の光ファイバガイド部品80は、図9A、図9Bに示すように、複数のV溝801aが形成されたV溝基板801と、複数のV溝801aのうち両脇の2本のV溝に配置されたダミー光ファイバ60aと、接着層803によりV溝基板801と一体化される平板状のリッド802とから構成される。
この光ファイバガイド部品80は、図9Aの平面図および図9Bの断面図に示すように、接着剤82などにより光導波路デバイス7と一体化されている。光導波路デバイス7は、導波路基板71と、導波路基板71上に形成された光導波路層72とを備え、光導波路層72は、導波路基板71上に形成されたクラッド722と、クラッド722中に形成されたコア721とから構成される。光ファイバ60は、プラグ61に固定されている。また、光ファイバガイド部品80には、図示しないコネクタレセプタクルが固定されている。コネクタレセプタクルにプラグ61を挿入して嵌合させると、光ファイバ60は、光ファイバガイド部品80のV溝基板801のV溝801aとリッド802とによって形成されるガイド孔81に挿入され、位置決めされる。そして、光ファイバ60の端面は、光導波路デバイス7のコア721の端面に突き当たる。こうして、光ファイバ60と光導波路デバイス7のコア721とが光学的に接続される。光導波路デバイス7と光ファイバガイド部品80との接着を補強するため、光導波路デバイス7には、ガラスからなる補強板81が貼り付けられている。
光ファイバガイド部品80のガイド孔81、81aは、V溝801aとリッド802とによって形成されるが、このガイド孔の径は、両脇の2本のV溝801aに配置されたダミー光ファイバ60aの径によって決定される。ガイド孔への光ファイバ60の挿入を可能とするために、ガイド孔は光ファイバ60よりも僅かに大きな径を有するように設定される。ガイド孔と光ファイバ60の径の差をクリアランスと定義すると、サブミクロン程度のクリアランスが必要である。すなわち、ダミー光ファイバ60aの径は、光ファイバ60の径よりも大きく設定されている。
しかしながら、上述した手法においては、予め光ファイバガイド部品80を高精度に作製する工程と、前記光ファイバガイド部品80を光導波路デバイス7上に光学調芯して高精度に接着、固定する工程を必要とするため、光ファイバガイド構造を形成する作業の十分な簡易化が図られているとは言えなかった。また、上述した構成では、必ずガイド孔81は光ファイバ60の外径よりも大きな内径を有する必要があり、これに伴うクリアランス、すなわちガイド孔の内径と光ファイバの外径との違いが接続損失を増加させる要因となっていた。
特開2004-78028号公報
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、光ファイバガイド構造を簡易に形成しつつ、光導波路デバイスと光ファイバとの低損失な光接続を実現することができる光ファイバガイド構造および光ファイバ接続構造を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するために本発明に係る光ファイバガイド構造は、光導波路デバイスの接続端面に立設されて、前記光導波路デバイスと接続する光ファイバの先端部を収容する空間を形成するガイド部材(10)を備え、前記ガイド部材の長手方向が、前記接続端面に垂直であり、前記長手方向に前記光ファイバが挿入され、前記ガイド部材は、光硬化性樹脂であって弾性変形可能な材料から形成され、かつ、前記ガイド部材の長手方向に沿った一部の領域(102)において、前記長手方向に垂直な平面内における前記ガイド部材の内壁と接する内接円の径(C1)は、前記光ファイバ(60)の外径より小さいことを特徴とする。
本発明の一実施の形態に係る光ファイバガイド構造において、前記ガイド部材(10)は、筒状に形成され、かつ、前記一部の領域において前記ガイド部材の壁面の一部が前記空間の内側に突出した突出部(102a)を有し、光ファイバを挿入したときに前記突出部によって前記壁面の一部が弾性変形することで、前記光ファイバに対して前記光ファイバの径方向の圧縮応力を付与するようにしてもよい。
また、本発明の一実施の形態に係る光ファイバガイド構造において、前記ガイド部材(20)は、筒状に形成されて、前記光ファイバを挿入する側に長手方向に沿って形成された複数のスリット(SL)を備え、前記ガイド部材のうち前記複数のスリットが形成された領域の少なくとも一部の領域において、前記長手方向に垂直な平面内において前記ガイド部材の内壁に接する内接円(C2)の径は、前記光ファイバの外径より小さくなるように構成してもよい。
また、本発明の一実施の形態に係る光ファイバガイド構造において、前記ガイド部材(30)は、N本(Nは3以上の整数)の支持部材(30)から構成され、前記支持部材は、梁部(301)と、板バネ(302)とを有し、前記梁部の一端が前記光導波路デバイスと前記光導波路デバイスの一の面上の前記接続端面近傍に設けられた補強部材との少なくともいずれか一方に接続され、前記板バネは、前記梁部の他端側から前記長手方向に沿って延在し、前記長手方向に沿った少なくとも一部の領域において、前記長手方向に垂直な平面内において前記板バネと接する内接円(C3)の径は、前記光ファイバの外径より小さくなるように構成してもよい。
また、本発明に係る光ファイバガイド構造光導波路デバイスの接続端面に立設されて、前記光導波路デバイスと接続する光ファイバの先端部を収容する空間を形成するガイド部材を備え、前記ガイド部材の長手方向が、前記接続端面に垂直であり、前記長手方向に前記光ファイバが挿入され、前記ガイド部材(40)は、筒状に形成され、かつ前記長手方向に沿った一部に開口する貫通孔および切り欠きのいずれか一方が形成された筒状部材(401)と、前記貫通孔および前記切り欠きのいずれか一方の中に配設されて、前記光ファイバが挿入されたときに前記光ファイバの側面と接触する接触部材(403)と、前記筒状部材と前記接触部材との間に架設されたバネ部材(402)とを有し、前記接触部材の少なくとも一部の領域において、前記長手方向に垂直な平面内において前記筒状部材の内壁と前記接触部材の内側面とに接する内接円(C4)の径は、前記光ファイバの外径より小さいことを特徴とする
また、本発明の一実施の形態に係る光ファイバガイド構造において、前記ガイド部材(50)は、第1筒状部材(501)と、側面に前記長手方向にそって形成されたスリット(SL)を有する第2筒状部材(503)と、前記第1筒状部材と前記第2筒状部材とをそれぞれの中心軸を合わせて互いに連結する連結部材(502)とを備え、前記第2筒状部材の内径は、前記第2筒状部材に挿入される光ファイバの外径より小さくなるように構成してもよい。
また、本発明の一実施の形態に係る光ファイバガイド構造において、前記ガイド部材の光ファイバが挿入される側の端部に向けて、前記長手方向に垂直な面内において前記ガイド部材に内接する内接円の径が大きくなるように構成してもよい。
本発明に係る光ファイバ接続構造は、板状の光導波路デバイス(7)の一の面上の接続端面近傍に設けられた補強部材(11)と、前記光導波路デバイスの前記接続端面および前記補強部材とが形成する面上に立設された光ファイバガイド構造とを含み、前記光ファイバガイド構造は、上述した光ファイバガイド構造であることを特徴とする。
本発明によれば、光導波路デバイスと光ファイバを接続するための光ファイバガイド構造を簡易に光導波路端面に直接形成することができる。また、本光ファイバガイド構造をガイドにして、光ファイバの挿入に伴う軸ずれがなく、光導波路デバイスと光ファイバとの低損失な光接続を実現することができる。
図1Aは、本発明の第1の実施の形態に係る光ファイバガイド構造を模式的に示す斜視図である。 図1Bは、本発明の第1の実施の形態に係る光ファイバガイド構造を模式的に示す上面図である。 図1Cは、図1BのIC-IC線における断面を示す断面図である。 図1Dは、本発明の第1の実施の形態に係る光ファイバガイド構造を模式的に示す正面図である。 図1Eは、本発明の第1の実施の形態に係る光ファイバガイド構造および光ファイバ接続構造を示す模式図である。 図1Fは、本発明の第1の実施の形態に係る光ファイバガイド構造および光ファイバ接続構造を示す模式図である。 図2Aは、本発明の第2の実施の形態に係る光ファイバガイド構造を模式的に示す斜視図である。 図2Bは、本発明の第2の実施の形態に係る光ファイバガイド構造を模式的に示す上面図である。 図2Cは、図2BのIIC-IIC線における断面を示す断面図である。 図2Dは、本発明の第2の実施の形態に係る光ファイバガイド構造を模式的に示す正面図である。 図2Eは、本発明の第2の実施の形態に係る光ファイバガイド構造および光ファイバ接続構造を示す模式図である。 図2Fは、本発明の第2の実施の形態に係る光ファイバガイド構造および光ファイバ接続構造を示す模式図である。 図3Aは、本発明の第3の実施の形態に係る光ファイバガイド構造を模式的に示す斜視図である。 図3Bは、本発明の第3の実施の形態に係る光ファイバガイド構造を模式的に示す上面図である。 図3Cは、図3BのIIIC-IIIC線における断面を示す断面図である。 図3Dは、本発明の第3の実施の形態に係る光ファイバガイド構造を模式的に示す正面図である。 図3Eは、本発明の第3の実施の形態に係る光ファイバガイド構造および光ファイバ接続構造を示す模式図である。 図3Fは、本発明の第3の実施の形態に係る光ファイバガイド構造および光ファイバ接続構造を示す模式図である。 図4Aは、本発明の第4の実施の形態に係る光ファイバガイド構造を模式的に示す上面図である。 図4Bは、図4AのIVB-IVB線における断面を示す断面図である。 図4Cは、図4AのIVC-IVC線における断面を示す断面図である。 図4Dは、図4AのIVD-IVD線における断面を示す断面図である。 図4Eは、図4AのIVE-IVE線における断面を示す断面図である。 図4Fは、本発明の第4の実施の形態に係る光ファイバガイド構造に光ファイバを挿入したときの、図4AのIVE-IVE線における断面を示す断面図である。 図5は、本発明の第4の実施の形態に係る光ファイバガイド構造の変形例を示す断面図である。 図6Aは、本発明の第4の実施の形態に係る光ファイバガイド構造の他の変形例を示す上面図である。 図6Bは、本発明の第4の実施の形態に係る光ファイバガイド構造の他の変形例を示す断面図である。 図7Aは、本発明の第5の実施の形態に係る光ファイバガイド構造を模式的に示す上面図である。 図7Bは、図7AのVIIB-VIIB線における断面を示す断面図である。 図7Cは、図7AのVIIC-VIIC線における断面を示す断面図である。 図7Dは、図7AのVIID-VIID線における断面を示す断面図である。 図8は、本発明の第5の実施の形態に係る光ファイバガイド構造の他の変形例を示す断面図である。 図9Aは、従来の光ファイバ接続構造の一例を模式的に示す上面図である。 図9Bは、従来の光ファイバ接続構造の一例を模式的に示す側面図である。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
(第1の実施の形態)
本発明の実施の形態1に係る光ファイバ接続構造について、図1A~図1Fを参照して説明する。本発明の実施の形態1に係る光ファイバ接続構造1は、光導波路デバイス7と光ファイバ60とを光学的に接続するガイド部材10を備えている。
光ファイバ接続構造1は、例えば、図1Aに示すように、板状の光導波路デバイス7の一の面上の接続端面近傍に設けられた補強板11と、光導波路デバイス7の接続端面および補強板11の側面に立設されるガイド部材10とを含んでいる。このガイド部材10は、光ファイバをガイドする光ファイバガイド構造を構成する。
ここで、光導波路デバイス7は、例えば、シリコン細線をコア721とした光導波路72を備えるデバイスである。これは、よく知られたSOI(Silicon on Insulator)基板などを用いて作製可能である。公知のフォトリソグラフィー技術およびエッチング技術などにより、SOI基板の表面シリコン層をパターニングし、光導波路(光回路)を構成するコア層を形成する。次に、例えば、プラズマCVD法などのよく知られた堆積法により、酸化シリコンを堆積して上部クラッド層を形成する。これらのことにより、埋め込み絶縁層を下部クラッド層とし、この上に形成されたシリコン細線によるコア層を上部クラッド層で覆った光導波路が形成できる。ここで、光導波路デバイス7は、例えばシリコン基板上に堆積して形成された石英ガラス薄膜からなる平面光波回路でもよい。また、導波機構を有する光導波路デバイスであれば、これに限らない。例えば、基板や光導波路として、石英ガラスの他、有機物からなる樹脂や、Si、シリコンナイトライド(SiN)、ガリウムヒ素、インジウムリン(InP)などの半導体あるいは化合物半導体導波路、ニオブ酸リチウム(LN)、周期的分極反転ニオブ酸リチウム(PPLN)などの誘電体を用いてもよい。
また、光導波路デバイス7には、信号を処理するための各種信号処理光回路や、発光・受光・変調・制御などするための各種光機能素子が集積されていてもよい。また、アイソレータ、偏波回転、偏波分離素子、光減衰器、等任意の光機能デバイスが集積されていてもよい。
本実施の形態において、光導波路デバイス7は、光ファイバ60と光学的に接続される光導波路72の一端が現れる接続端面が意味をなし、その他の回路構成や回路の機能によって光ファイバ接続構造が左右されるものではない。
一方、ガイド部材10は、光ファイバ60の先端部を収容する空間を形成して、光ファイバ60をガイドする部材である。ガイド部材10は、弾性変形可能な材料から形成された、例えば筒状の部材である。図1A~図1Fに示すように、本実施の形態において、ガイド部材10は、略円筒形状に形成され、軸線に沿って形成された貫通孔Hを有している。この貫通孔Hは、軸線に垂直な断面が略三角形をなす。
さらに、ガイド部材10は、光導波路デバイス7および補強板11に接続される筒状部101と、その長手方向に沿った一部の領域に形成された板バネ部102とを有する。
この板バネ部102は、ガイド部材10の長手方向に沿った一部の領域において、ガイド部材10の一部が板バネのように内側に湾曲することによって形成される。図1Cおよび図1Dに示すように、この板バネ部102は、ガイド部材10の内部に形成された空間、すなわち貫通孔Hの内側に突出した突出部102aを形成する。その結果、板バネ部102を通る長手方向に垂直な平面内において、ガイド部材10の内壁、すなわち、貫通孔Hによって形成される略三角形に接する内接円C1の径は、光ファイバ60の外径よりもわずかに小さく設定されている。それ以外の個所に関しては、導波路デバイス7の接続端面近傍も含めてその内接円の内径がファイバ外径とほぼ同じか、わずかに大きく設定されている。
図1Dに示すように、ガイド部材10は、ガイド部材10の内壁に接する内接円C1の中心が光導波路デバイス7の接続端面に現れたコア721と正面から見て一致するように、形成されている。また、前述の通り、通常、光導波路デバイス7は、光導波路基板71とコア721、クラッド722からなる光導波路層72とで形成され、その光導波路層72は数um~数10um程度と薄い。そのため、ガイド部材10を立設するための土台として、補強板11が、光導波路デバイス7の端面近傍に接着などにより固定されている。
この補強板11は、光導波路デバイス7とガイド部材10との接着を補強するための補強部材である。このような補強板11は、ガラスやセラミック、金属など任意の材料を用いて形成することができる。また、補強板11を光導波路デバイス7に固定するには、接着以外にも金属接合などを用いてもよい。また、補強板11の一側面は、光導波路デバイス7の接続端面と同一面となるように固定されている。同一面とするために、機械的な治具などで補強板11を固定してもよく、また、必要に応じて、補強板11を光導波路デバイス7上に固定した後にダイシング、或いは研磨などを行ってもよい。
ガイド部材10の一端は、面一となった光導波路デバイス7の接続端面と補強部材11の側面とに接合される。
なお、図1C、図1E、図1Fに示すように、ガイド部材10は、板バネ部102が形成された領域から光ファイバが挿入される側の端部、すなわち光ファイバ60を挿入する挿入口に向けて、長手方向に垂直な面内においてガイド部材10の内壁に内接する内接円の径が大きくなるように形成してもよい。このように挿入口の径を広げることで、光ファイバ60を挿入しやすくなる。
図1Eおよび図1Fを参照して、光ファイバ60を挿入するときのガイド部材10の作用について説明する。なお、挿入する光ファイバ60の先端は、図1Eおよび図1Fに示すように、面取り加工が施されている。
まず、図1Eは、光ファイバ60を挿入している途中の状態を表し、図1Fは、光ファイバ60の挿入を終えた状態を表している。
上述したように、長手方向に沿って、板バネ部102の形成された領域においては、突出部102aによって、ガイド部材10の内壁に接する内接円の径は、光ファイバ60の外径よりもわずかに小さく設定されている。そのため、光ファイバ60をガイド部材10の貫通孔Hに挿入すると、まず、光ファイバ60は、板バネ部102が形成された領域でガイド部材10の内壁、すなわち突出部102aと接触することとなる。この状態から光ファイバ60に長手方向の力を加えると、図1Eに示すように、板バネ部102には、光ファイバ60の径方向の力Fiが作用して、ガイド部材10の壁面の一部が弾性変形する。このガイド部材10の壁面の一部の弾性変形によって、板バネ部102が形成された領域の貫通孔Hの内径が一時的に拡大し、光ファイバ60を挿入することができる。
さらに光ファイバ60を導波路端面側に押し込むことにより、図1Fに示すように、光ファイバ60の先端が光導波路デバイス7の導波路端面まで到達することとなる。この状態では、板バネ部102は、光ファイバ60が挿入されたときの弾性変形が残存しており、更に挿入した後には、図1Fに示すように、弾性復元力Fbによって、ガイド部材10の内壁とファイバ60の外面とが密接して、ガイド部材10の板バネ部102が、光ファイバ60に対して光ファイバ60の径方向の圧縮応力を付与する。
光ファイバ60を挿入したら、図1Fに示すように、光ファイバ60の先端面と光導波路デバイス7の接続端面とを完全に密着させて空気層を無くして反射を防止してもよいし、屈折率整合材や接着剤を充填してもよい。また、挿入後に適宜ファイバを接着剤などにより固定してもよい。
次に、上述したガイド部材10の作製方法について説明する。
第1の方法としては、まず、光導波路デバイス7の上面に補強板11を接着剤により固定する。光導波路デバイス7の接続端面と補強板11の側面とに、紫外線(UV)硬化型の樹脂やSU8などに代表されるフォトレジストを塗布して、フォトレジストの膜を形成する。フォトレジストを塗布する代わりに、フォトレジストを充填した容器に光導波路デバイス7の接続端面と補強板11の側面とを浸漬させてフォトレジストの膜を形成してもよい。
次に、所定の光学系を介して、レーザからのUV光を集光してフォトレジストの膜に照射する。このとき、UV光を照射する位置を走査して、所望とする任意の光硬化樹脂からなる構造体を形成する。UV光が照射されたフォトレジストは光硬化するので、UV光を照射する位置を走査することで、走査の軌跡に沿って樹脂が硬化してガイド部材10を形成することができる。UV光は、例えば、光源および光学系を、モータあるいはピエゾステージなどあるいはガルバノミラーや偏向素子などを用いて走査させればよい。
第2の方法としては、レーザとして、光硬化する樹脂が硬化する波長よりも長い波長のフェムト秒レーザを用い、光造形を行う方法がある。この方法では、集光することで一定の光強度とされた箇所に、非線形効果により、樹脂が硬化する波長の2光子吸収を発生させる。この2光子吸収が発生する集光箇所を、上述した第1の方法と同様に走査することによって、ガイド部材10を形成する。この方法によれば、よく知られているように、高精度、かつ、ナノレベルの光造形を行うことが可能である。上述したように、光硬化により造形したのちに、未硬化領域の樹脂を除去すれば、3次元の構造物が形成できる。
ここで、本実施の形態に係る光導波路接続構造において、ガイド部材10を形成するときに、内接円C1の中心と光導波路デバイス7のコア721の中心とを合わせるには、例えば、造形物を形成する際に高精度なカメラモニタを用いて、対象のコアを検出し、そこを基準に形成すればよい。
以上のように、本実施の形態に係る光ファイバ接続構造によれば、サブミクロン程度の精度をもつ高精度のファイバガイド構造を光導波路の接続端面に直接描画して形成することができる。さらに、内接円の径が光ファイバ60の外径よりも小さい領域が、弾性変形して、挿入された光ファイバ60と接することとなるため、ファイバの光軸位置を一意に決めることができ、その結果、クリアランスなく低損失に接続することが可能となる。
また、本実施の形態に係るガイド部材10は、光硬化性の樹脂で形成されているため、ガラスなどと比べてヤング率が1桁以上小さく、ポアソン比も大きいため、小さい応力であっても容易に変形することが出来る。
さらに、本実施の形態に係るガイド部材10では、その長手方向に沿った一部の領域において板バネ部102を備えている。この板バネ部102は、ガイド部材10の一部を板バネのように内側に湾曲することによって形成される。ガイド部材10の一部を湾曲させた板バネ部102は、板バネのように機能して、より容易に変形することができる。この板バネ部102の変形具合は、板バネの厚みを薄く、或いは、板バネの長さを長くするとより小さい力でも変形が容易になる。また、光ファイバ60の面取り部の角度によって、図1Eに示す力Fiの向きを変えることは容易であり、面取り角度を変更することで、穴径を拡大する方向の応力成分を増やすことも容易に実現できる。
また、本実施の形態においては、光硬化性樹脂を光導波路デバイス上に直接形成させており、樹脂と光導波路デバイス端面の接合強度を十分に確保する必要がある。そのために、図1C、図1E、図1Fのように、ガイド部材10の根本の外周部を適宜大きく設定することで、接合面積を広くとることができ、強度を高めることができる。
なお、図1A~図1Fでは、1本の光ファイバ60をガイド部材10に形成された1つの貫通孔Hに挿入する場合を例に説明したが、本発明は、その孔の数や光ファイバの本数に制限されるものではない。例えば、光導波路デバイスの接続端面にあるコア数に応じて、孔構造を適宜設けたガイド部材を形成してもよい。このようなガイド部材に複数本の光ファイバを挿入することで、一括に接続することが可能となる。このような構造物は、対応するコア毎に個別のガイド部材を形成してもよいし、1つの構造物に、複数の孔を有するような構造としてもよい。
さらに、本実施の形態において、ガイド部材10に形成された貫通孔Hの断面形状が略三角形となる場合を例に示したが、光ファイバを挿入し位置決めできる構造であれば、その形状は三角形には限らない。例えば、貫通孔の断面形状は、三角形以外の形状、例えば、四角形、六角形、円形、楕円形、またはこれらを変形した形状としてもよい。
また、ガイド部材10の外周構造についても、断面は、円形、楕円形、または三角形その他の多角形としてもよく、その形状は任意に設計できる。
(第2の実施の形態)
図2A~図2Fに、本発明の第2の実施の形態に係る光ファイバ接続構造の概要を示す。なお、第1の実施の形態に係る光ファイバ接続構造と共通する構成要素については、同一の符号を用い、その詳細な説明は省略する。
本実施の形態に係る光ファイバ接続構造2では、第1の実施の形態と同様、光導波路デバイス7の接続端面に、光硬化性樹脂からなるガイド部材20が直接形成されている。
ガイド部材20は、図2A~図2Cに示すように、全体として筒状に形成され、光導波路デバイス7に接続される第1の筒状部201と、この第1の筒状部に連結されて光ファイバ60を挿入する側に位置する第2の筒状部202からなる。本実施の形態においては、第1の筒状部201および第2の筒状部202に設けられた、光ファイバ60を挿入する貫通孔の軸線に垂直な断面は円形であるものとする。
また、この第2の筒状部202には、長手方向に沿って複数のスリットSLが形成されている。したがって、スリットSLによって櫛歯状に互いに分離された第2の筒状部202には、複数の板バネが長手方向に配置された形となっている。
図2Cに示すように、第1の筒状部201の内径よりも、第2の筒状部202の少なくとも一部の領域において内壁に接する内接円の径の方が小さい。また、図2Dに示すように、この第2の筒状部202の少なくとも一部の領域において内壁に接する内接円C2の径は、光ファイバ60の外径よりわずかに小さくなるよう設定されている。その結果、ガイド部材20に形成された貫通孔は、光導波路デバイス7の接続端面側においては、光ファイバ60の外径より大きい内径を有し、挿入口側の一部の領域においては、光ファイバ60の外径より小さい内径を有する。
なお、本実施の形態においては、図2Cに示すように、ガイド部材20の光ファイバ60の挿入口側の端面において、一部内接円の径を大きく設定してテーパ構造として、ファイバの挿入をガイドしている。
次に、図2Eおよび図2Fを参照して、光ファイバ60を挿入するときのガイド部材20の作用について説明する。
第2の筒状部202の長手方向の少なくとも一部の領域において、第1の実施の形態に係る光ファイバ接続構造と同様に、貫通孔の内接円は光ファイバ60の外径よりも小さいが、図2Eに示すように、スリットSLを有する第2の筒状部202の板バネが光ファイバ60から力Fiを受けて弾性変形することで光ファイバ60の挿入を可能とする。光ファイバ60の挿入後は、図2Fに示すように、第2の筒状部202が光ファイバ60に対して光ファイバ60の径方向の圧縮応力を付与するので、光ファイバ60とガイド部材20とのクリアランスを無くすことができる。
また、本実施の形態においては、第2の筒状部202にスリットSLを設けることによって複数の短冊状の板バネが形成されている。ガイド部材20においては、これらの板バネが弾性変形することによって、光導波路デバイス7の接続端面側に位置する第1の筒状部201に実質的な応力がほとんど伝わらない構造となっている。このような構造とすることで、ガイド部材20と光ファイバ60との間のクリアランスを排して、光ファイバ60を光導波路デバイス7に低損失に接続できるという効果を奏する。また、上記の構造によって、さらに次のような効果を奏することもできる。
すなわち、光ファイバ60の挿入時には、第2の筒状部202に形成された複数の板バネが変形し、第1の筒状部201の光導波路デバイス7の接続端面との接合部に光ファイバ60の挿入に伴う応力が伝わりにくい構造とすることによって、光ファイバ60を挿入した際にガイド部材20と光導波路デバイス7の接続端面との接合部が剥離するといった恐れを低減することができる。
なお、板バネ部の長さや厚みは、光導波路デバイス7とガイド部材20との接合強度や、挿入される光ファイバ60から受ける力の大きさ等に応じて、光硬化性樹脂からなる板バネ部のヤング率が適切となるように、適宜設定することができる。
(第3の実施の形態)
次に、図3A~図3Fを参照して、本発明の第3の実施の形態に係る光ファイバ接続構造について説明する。
本実施の形態に係る光ファイバ接続構造3において、光ファイバガイド構造は、独立した4つの支持部材30によって形成されている。各支持部材30は、一端が光導波路デバイス7の接続端面または補強板11の側面に接続される梁部301と、梁部301の他端側から長手方向に沿って延在する板バネ302とを有する。梁部301は板バネ302より高い剛性を有する。
複数の支持部材30は、第1の実施の形態と同様、光硬化性樹脂から形成されて光導波路デバイス7の接続端面または補強板11の側面に直接形成されている。このように光ファイバガイド構造は、必ずしも光ファイバ60の周方向に閉じた筒状部を備えていなくてもよく、互いに独立して立設された複数本、より望ましくは3本以上の支持部材30によっても構成することができる。
また、複数の支持部材30は、図3Cに示すように、支持部材30の長手方向に垂直な平面内において複数の支持部材30の長手方向に沿った一領域、より具体的には複数の板バネ302、に接する内接円C3の径が光ファイバ60の外径よりもわずかに小さくなるように、配設されている。
また、図3Cに示すように、支持部材30は、先端に向かうにしたがって板バネ302に接する内接円C3の径が大きくなるので、ファイバの挿入を容易にしている。
次に、図3Eおよび図3Fを参照して、光ファイバ60を挿入するときの複数の支持部材30の作用について説明する。
第1の実施の形態および第2の実施の形態と同じく、複数の支持部材30の長手方向の一部の領域、特に板バネ302、において、内接円C3の径は光ファイバ60の外径よりも小さいが、図3Eに示すように、板バネ302が光ファイバ60から力Fiを受けて弾性変形することで、光ファイバ60の挿入を可能とする。光ファイバ60の挿入後は、図3Fに示すように、複数の支持部材30の板バネ302が協働して、光ファイバ60に対して光ファイバ60の径方向の圧縮応力を付与した状態で、光ファイバ60を支持するので、光ファイバ60と支持部材30とのクリアランスを無くすことができる。
また、本実施の形態では、光ファイバガイド構造を構成する複数の支持部材30は、それぞれ梁部301とこの梁部301の先端に設けられた板バネ302とを備えている。光ファイバ60を挿入するときには、梁部301の先端に設けられた板バネ302が開くように弾性変形するので、支持部材30の梁部301、特に光導波路デバイス7の接続端面との近傍には、実質的な応力がほとんど伝わらない。このような構造とすることで、支持部材30と光ファイバ60との間のクリアランスを排して、光ファイバ60を光導波路デバイス7に低損失に接続できるという効果を奏する。また、上記の構造によって、さらに次のような効果を奏することもできる。
すなわち、各支持部材を板バネ302とこの板バネ302より剛性の高い梁部301とから構成し、光ファイバ60の挿入時には板バネ302が変形して、梁部301の光導波路デバイス7の接続端面との接合部には、光ファイバ60の挿入に伴う応力が伝わりにくい構造とすることによって、光ファイバ60を挿入した際に支持部材30の梁部301と光導波路デバイス7の接続端面との接合部が剥離するといった恐れを低減することができる。
なお、板バネ302の長さや厚みは、光導波路デバイス7とガイド部材30との接合強度や、挿入される光ファイバ60から受ける力の大きさ等に応じて、光硬化性樹脂からなる板バネ部のヤング率が適切となるように、適宜設定することができる。また、より変形を容易にし、接合部の強度を確保するために、支持部材30の板バネ302の長さが実質的に長くなるように、板バネ302として、例えばジグザグに形成されたミアンダ型の板バネ構造などを形成してもよい。
(第4の実施の形態)
次に、本発明の第4の実施の形態に係る光ファイバ接続構造4について、図4A~図4Fを参照して説明する。
図4Aに示すように、本実施の形態に係る光ファイバ接続構造4において光ファイバガイド構造を構成するガイド部材40は、筒状に形成され、かつ長手方向に沿った一部に切り欠きが形成された筒状部材401と、この切り欠きの中に配設されて、光ファイバ60が挿入されたときに光ファイバ60の側面と接触する接触部材403と、筒状部材401と接触部材403との間に架設されたバネ部材402とを有している。これを換言するならば、図4Aに示すように、上面からみて一部(接触部材403)が板バネ構造のバネ部材402で吊られたような構造を有している。
なお、本実施の形態においては、筒状部材401の一部に切り欠きを設けるものとして説明するが、切り欠きに代えて、筒状部材401の壁面に開口する貫通孔を設けてもよい。
ここで、筒状部材401と接触部材403との間に架設されるバネ部材402は、図4A、図4Bに示すように、ガイド部材40の長手方向と交わる方向に沿って設けられており、接触部材403は、長手方向においては、筒状部材401とは直接接続されていない。
また、長手方向における接触部材403の少なくとも一部の領域において、長手方向に垂直な平面内において筒状部材401の内壁と接触部材403の内側面とに接する内接円C4の径は、挿入される光ファイバ60の外径より小さく設定されている。
また、図4B、図4Dおよび図4Eに示すように、光ファイバ60の挿入をガイドするために、光導波路デバイス7の接続端面とは反対側の挿入口の内径を光ファイバ60の外径よりも大きくするために、接触部材の一端側はテーパー状に形成されている。
光ファイバ60が挿入された状態では、図4Fに示すように、ガイド部材40は、光ファイバ60の先端部と接するが、光ファイバ60の挿入に伴って光ファイバ60から接触部材403に径方向外側に向かう力が働く結果、板バネ部材402がガイド部材40の内径を拡大する方向に弾性変形することでファイバを挿入することが可能となる。光ファイバ60の挿入後は、図4Fに示すように、複数の板バネ部材402が協働して接触部材403を介して光ファイバ60に対して光ファイバ60の径方向の圧縮応力を付与した状態で支持するので、光ファイバ60とガイド部材40とのクリアランスを無くすことができる。これにより、光ファイバの光軸を一意に定めることができる。
また、本実施の形態に係る光ファイバガイド構造を構成するガイド部材40では、図4Aに示すように、接触部材403は、光導波路デバイス7の接続端面に立設される筒状部材401と長手方向では、直接連結していない。このような構造とすることで、

ガイド部材40と光ファイバ60との間のクリアランスを排して、光ファイバ60を光導波路デバイス7に低損失に接続できるという効果を奏する。また、上記の構造によって、さらに次のような効果を奏することもできる。
すなわち、接触部材403は、長手方向と直交する方向に設けられた板バネ部材402によって筒状部材401と連結され、筒状部材401と長手方向では直接連結していないので、光ファイバ60の挿入に伴う応力は、筒状部材401には直接は伝わらない。したがって、筒状部材401を含む長手方向に垂直な平面内において筒状部材401と筒状部材401に内接する内接円の内径を光ファイバ60の外径より小さく設定しても、光導波路デバイス7の接続端面に立設される筒状部材401と長手方向では、直接連結していないので、光ファイバの挿入に伴う応力によって筒状部材401と光導波路デバイス7の接続端面との接合部が剥離するといった恐れを低減することができる。
(第4の実施の形態の変形例1)
本実施の形態に係る光ファイバガイド構造の変形例として、例えば、図5に示すように、バネ部材402aと接触部材403aとからなる吊り橋構造を、筒状部材401aの軸線を挟んで対称の位置に複数設けることが考えられる。このとき、筒状部材401aの内壁に、光ファイバ60を支持する突起404aを設けてもよい。また、接触部材403aを通るガイド部材40aの長手方向に垂直な面内において、接触部材403aの内面に接する内接円C4aの径は、挿入される光ファイバ60の外径よりも小さく設定される。
図5に示したガイド部材40aは、2つの接触部材403aを筒状部材401aの軸線を挟んで対称の位置に配置した例であるが、3個以上の接触部材403aを軸線に対して回転対象となる位置に配置して、それぞれをバネ部材402aによって筒状部材401aに接続するようにしてもよい。
また、他の変形例を図6Aおよび図6Bに示す。他の変形例に係るガイド部材40bの基本的な構造は、筒状部材401bの側壁の一部に形成された貫通孔の中に接触部材403bを配設する点では上述した第4の実施の形態と同様であるが、この他の変形例では、梁構造を有するバネ部材402bを筒状部材401bの外壁に設け、このバネ部材402bによって接触部材403bを支持している。接触部材403bは、図6Bに示すように、その一部が筒状部材401bの内部に形成された、断面が略三角形となる貫通孔内に突出するように配置されている。このとき、ガイド部材40bの長手方向に垂直な面内において、接触部材403bと筒状部材401bの内壁とに接する内接円C4bの径が光ファイバ60の外径より小さくなるように、バネ部材402bおよび接触部材403bを設ける。
その結果、光ファイバ60が挿入された際には、光ファイバ60の側面が接触部材403bと接触することになるが、光ファイバ60から力を受けて、バネ部材402bが弾性変形することで、光ファイバ60が挿入されるので、クリアランスを排した接続が可能となる。
なお、梁構造を有するバネ部材402bと接触部材403bとから構成される吊り橋構造は、筒状部材401bの円周に沿って複数個あってもよい。
上述した第4の実施の形態に係る光ファイバガイド構造を構成するガイド部材40およびその変形例に係るガイド部材40a、40bは、いずれも上述した3次元形成の技術により容易に形成可能である。
(第5の実施の形態)
次に、図7A~図7Dを参照して、本発明の第5の実施の形態に係る光ファイバ接続構造5におけるガイド部材50について説明する。
光ファイバガイド構造を構成するガイド部材50は、図7Aに示すように、光導波路デバイス7の接続端面に一旦が接続される第1筒状部材501と、この第1筒状部材501と軸線を合わせて配置される第2筒状部材503と、第1筒状部材501と第2筒状部材503とを互いに連結する連結部材502とを備えている。連結部材502は、例えば、板バネ構造の梁である。これらの部材、すなわち、第1筒状部材501、連結部材502および第2筒状部材503は、弾性変形可能な材料によって形成されている。
図7B、図7C、図7Dに示すように、第1筒状部材501と第2筒状部材503は、ともに円筒形状に形成されている。ここで第2筒状部材503の内径は第1筒状部材501の内径、および挿入される光ファイバ60の外径よりも小さい。第2筒状部材503の側面には、軸線方向に沿ってスリットSLが形成されている。
したがって、第2筒状部材503においては、その内径が光ファイバ60の外径よりも小さく設定されているものの、その側面にスリットSLが設けられ、第2筒状部材503が弾性変形可能な材料から形成されていることから、ここに光ファイバ60を挿入した際には、第2筒状部材503自体が内径が拡大する方向に弾性変形することでファイバを挿入することができ、かつ、挿入後は光ファイバ60に対して光ファイバ60の径方向の圧縮応力を付与した状態で支持する。これにより、光ファイバ60とガイド部材50、特に第2筒状部材503とのクリアランスを無くすことができ、光ファイバ60の光軸を一意に定めることができる。
また、ガイド部材50では、図7Aおよび図7Bに示すように、第2筒状部材503は、連結部材502を介して第1筒状部材501と接続されており、第1筒状部材501とは長手方向では直接接していない。したがって、この連結部材502を板バネ構造の梁から構成すれば、光ファイバ60の外径よりも小さい内径を持つ第2筒状部材503に光ファイバ60を挿入する際の応力が、光導波路デバイス7の接続端面および補強板11の側面に立設される第1筒状部材501には直接伝わらないので、光導波路デバイス7の接続端面および補強板11の側面と第1筒状部材501との接合部が剥離するといった懸念を防止することができる。
上述したガイド部材50においては、図8に示すように、板バネ構造の梁からなる複数の連結部材502aを設けることができ、その本数および配設位置については任意である。
また、ガイド部材50も、上述した3次元形成の技術などにより容易に形成することが可能である。
本発明は、光導波路デバイスに光ファイバを接続する技術に適用することができる。
1…光ファイバ接続構造、10、20、40、50…ガイド部材、30…支持部材、11…補強板、60…光ファイバ、7…光導波路デバイス、72…光導波路層、721…コア。

Claims (8)

  1. 光導波路デバイスの接続端面に立設されて、前記光導波路デバイスと接続する光ファイバの先端部を収容する空間を形成するガイド部材を備え、
    前記ガイド部材の長手方向が、前記接続端面に垂直であり、前記長手方向に前記光ファイバが挿入され、
    前記ガイド部材は、光硬化性樹脂であって弾性変形可能な材料から形成され、かつ、前記ガイド部材の長手方向に沿った一部の領域において、前記長手方向に垂直な平面内における前記ガイド部材の内壁と接する内接円の径は、前記光ファイバの外径より小さい
    ことを特徴とする光ファイバガイド構造。
  2. 前記ガイド部材は、筒状に形成され、かつ、前記一部の領域において前記ガイド部材の壁面の一部が前記空間の内側に突出した突出部を有し、光ファイバを挿入したときに前記突出部によって前記壁面の一部が弾性変形することで、前記光ファイバに対して前記光ファイバの径方向の圧縮応力を付与する
    ことを特徴とする、請求項1記載の光ファイバガイド構造。
  3. 前記ガイド部材は、筒状に形成されて、前記光ファイバを挿入する側に長手方向に沿って形成された複数のスリットを備え、
    前記ガイド部材のうち前記複数のスリットが形成された領域の少なくとも一部の領域において、前記長手方向に垂直な平面内において前記ガイド部材の内壁に接する内接円の径は、前記光ファイバの外径より小さい
    ことを特徴とする、請求項1記載の光ファイバガイド構造。
  4. 前記ガイド部材は、N本(Nは3以上の整数)の支持部材から構成され、
    記支持部材は、梁部と、板バネとを有し、
    前記梁部の一端が前記光導波路デバイスと前記光導波路デバイスの一の面上の前記接続端面近傍に設けられた補強部材との少なくともいずれか一方に接続され、
    前記板バネは、前記梁部の他端側から前記長手方向に沿って延在し、前記長手方向に沿った少なくとも一部の領域において、前記長手方向に垂直な平面内において前記板バネと接する内接円の径は、前記光ファイバの外径より小さい
    ことを特徴とする、請求項1記載の光ファイバガイド構造。
  5. 光導波路デバイスの接続端面に立設されて、前記光導波路デバイスと接続する光ファイバの先端部を収容する空間を形成するガイド部材を備え、
    前記ガイド部材の長手方向が、前記接続端面に垂直であり、前記長手方向に前記光ファイバが挿入され、
    前記ガイド部材は、筒状に形成され、かつ前記長手方向に沿った一部に開口する貫通孔および切り欠きのいずれか一方が形成された筒状部材と、
    前記貫通孔および前記切り欠きのいずれか一方の中に配設されて、前記光ファイバが挿入されたときに前記光ファイバの側面と接触する接触部材と、
    前記筒状部材と前記接触部材との間に架設されたバネ部材とを有し、
    前記接触部材の少なくとも一部の領域において、前記長手方向に垂直な平面内において前記筒状部材の内壁と前記接触部材の内側面とに接する内接円の径は、前記光ファイバの外径より小さい
    ことを特徴とする光ファイバガイド構造。
  6. 前記ガイド部材は、
    第1筒状部材と、
    側面に前記長手方向にそって形成されたスリットを有する第2筒状部材と、
    前記第1筒状部材と前記第2筒状部材とをそれぞれの中心軸を合わせて互いに連結する連結部材と
    を備え、
    前記第2筒状部材の内径は、前記第2筒状部材に挿入される光ファイバの外径より小さい
    ことを特徴とする、請求項1記載の光ファイバガイド構造。
  7. 前記ガイド部材の光ファイバが挿入される側の端部に向けて、前記長手方向に垂直な面内において前記ガイド部材に内接する内接円の径が大きくなる
    ことを特徴とする、請求項1-6のいずれか1項に記載の光ファイバガイド構造。
  8. 板状の光導波路デバイスの一の面上の接続端面近傍に設けられた補強部材と、
    前記光導波路デバイスの前記接続端面および前記補強部材とが形成する面上に立設された光ファイバガイド構造と
    を含み、
    前記光ファイバガイド構造は、請求項1-7のいずれか1項に記載の光ファイバガイド構造である
    ことを特徴とする、光ファイバ接続構造。
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