JP7464053B2 - 光導波路素子のアライメント方法 - Google Patents

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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、光導波路素子のアライメント方法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、光信号の伝送のためにシングルモード光導波路となっている光ファイバを用いることが一般的である。光信号処理技術を実現する系においては、前記のとおり光信号の伝送のために光ファイバを用いる一方で、伝送された光信号の処理を行う光学素子が必要となる。光信号の処理を行う光学素子としては、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）などがある。これらの光学素子も多くの場合シングルモード光導波路を用いている。このように前述の光ファイバも光学素子もシングルモード光導波路素子に分類されるものが一般的である。このため、光信号処理技術を実現するシステムやモジュールの構築には、サブμｍオーダーの精度でのアライメントが必要である。
光ファイバ、ＰＬＣ、ＬＤなどのシングルモード光導波路素子同士の接続のうち、代表的なものの一つとして、ＰＬＣと光ファイバの直接光学的接続がある（非特許文献１、非特許文献２参照）。
図１７に示すＰＬＣと光ファイバの接合例では、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。石英系ＰＬＣ７０１には、導波路７０３が形成されている。導波路７０３は、ＧｅをドープしたＳｉＯ2をコアとし、ノンドープのＳｉＯ2をクラッドとしている。図１７では、導波路７０３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７０６と石英系ＰＬＣ７０１とはあらかじめ接合されおり、光ファイバ７０２とファイバブロック７０５もあらかじめ接合されている。これら、ガラスブロック７０６と石英系ＰＬＣ７０１間の接合および光ファイバ７０２とファイバブロック７０５間の接合は物理的なものであり、光学的接続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光ファイバ７０２の最適な位置を決定する。この最適な位置の決定後に、接着剤７０４によりファイバブロック７０５をガラスブロック７０６と石英系ＰＬＣ７０１とに固定することになる。図１７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１７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と光ファイバの光学的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、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、ＰＬＣと光ファイバの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、伝搬光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、一般にシングルモード光導波路素子同士のパッシブアライメントの手法は成熟していない。
シングルモード光導波路素子を大きく２つに分類すると、光ファイバと、光ファイバ以外のＰＬＣをはじめとする光学素子とに分けられる。ＰＬＣをはじめとする光学素子と光ファイバ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状態にある。また同様に、ＰＬＣをはじめとする光学素子同士の光学的接続においても成熟したパッシブアライメント技術は存在しない状態となっている。唯一、光ファイバ同士のパッシブアライメントについては、光コネクタやメカニカルスプライシングなどの成熟した技術が存在する。ただし、光ファイバ同士のパッシブアライメント技術が適用可能なのは、古典的なシングルモードファイバ（ＳＭＦ：Single Mode Fiber）や偏波保持ファイバ（ＰＭＦ：Polarization Maintaining Fiber）程度である。マルチコア光ファイバ（ＭＣＦ：Multi-core Fiber）については、ＳＭＦやＰＭＦほどに成熟したパッシブアライメント技法が存在しない状態である。
以上のように、図１７に示した例で実現されるＰＬＣをはじめとする光学素子と光ファイバの光接続や、より一般的なシングルモード光導波路素子同士の光接続のほとんどが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、シングルモード光導波路素子同士の適切なパッシブアライメント手法が確立されていなかった。
日比野善典、他５名，「ハイ・リライアビリティ・シリカベイスド・ピーエルシー・ワンバイエイト・スプリッターズ・オン・シリコン（High reliability silica-based PLC 1×8 splitters on Si）」、エレクトロニクス・レターズ（Electronics Letters），アイトリプルイー（IEEE），1994年4月，第30巻，第8号，pp.640-642 日比野善典、他４名，「ハイ・リライアビリティ・オプティカル・スプリッターズ・コンポーズド・オブ・シリカベイスド・プレイナー・ライトウェイブ・サーキッツ（High Reliability Optical Splitters Composed of Silica-Based Planar Lightwave Circuits）」，ジャーナル・オブ・ライトウェーブ・テクノロジー（JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY），アイトリプルイー（IEEE），1995年8月，第13巻，第8号，pp.1728-1735
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、光導波路素子間の接続をパッシブアライメントにより実現し、光導波路素子間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アライメント方法を提供することにある。
本発明の光導波路素子のアライメント方法は、少なくとも２つの光導波路素子の端部の入出射端面が互いに向かい合い、向かい合う入出射端面の間に２つ以上の空間光学素子が配置された状態で、前記光導波路素子の端部と前記空間光学素子とを半固形状態の接合材料によって覆う第１のステップと、少なくとも２つの前記光導波路素子間の前記接合材料によって覆われた部分に光が入るように、少なくとも１つの前記光導波路素子にアライメント用の光を入射させる第２のステップと、前記空間光学素子に作用する光の輻射圧により、少なくとも２つの前記光導波路素子の入出射端面間の光路上に２つ以上の前記空間光学素子が移動した後に、前記接合材料を固形状態に変化させる第３のステップとを含み、前記空間光学素子は、球状のマイクロレンズであり、少なくとも２つの前記光導波路素子が前記接合材料および２つ以上の前記球状のマイクロレンズを介して光学的に接続され、前記接合材料によって前記光導波路素子と前記球状のマイクロレンズとが機械的に接続されることを特徴とするものである。
本発明によれば、少なくとも２つの光導波路素子の端部の入出射端面の間に少なくとも１つの空間光学素子が配置された状態で、光導波路素子の端部と空間光学素子とを半固形状態の接合材料によって覆い、少なくとも２つの光導波路素子間の接合材料によって覆われた部分に光が入るように、少なくとも１つの光導波路素子にアライメント用の光を入射させ、空間光学素子に作用する光の輻射圧により、少なくとも２つの光導波路素子の入出射端面間の光路上に空間光学素子が移動した後に、接合材料を固形状態に変化させることにより、光導波路素子間の接続をパッシブアライメントにより実現し、光導波路素子間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－図１Ｂは、本発明の第１の実施例に係る光導波路素子の接続構造の斜視図、および光導波路素子の接続構造の光接続前の断面図である。 図２は、本発明の第１の実施例に係る光導波路素子の接続構造の光接続後の断面図である。 図３は、本発明の第１の実施例に係るアライメント方法を説明するフローチャートである。 図４Ａ－図４Ｂは、本発明の第２の実施例に係る光導波路素子の接続構造の斜視図、および光導波路素子の接続構造の光接続前の断面図である。 図５は、本発明の第２の実施例に係る光導波路素子の接続構造の光接続後の断面図である。 図６は、本発明の第２の実施例に係るアライメント方法を説明するフローチャートである。 図７Ａ－図７Ｂは、本発明の第３の実施例に係る光導波路素子の接続構造の斜視図、および光導波路素子の接続構造の光接続前の断面図である。 図８は、本発明の第３の実施例に係る光導波路素子の接続構造の光接続後の断面図である。 図９Ａ－図９Ｂは、本発明の第４の実施例に係る光導波路素子の接続構造の斜視図、および光導波路素子の接続構造の光接続前の断面図である。 図１０は、本発明の第４の実施例に係る光導波路素子の接続構造の光接続後の断面図である。 図１１Ａ－図１１Ｂは、本発明の第５の実施例に係る光導波路素子の接続構造の斜視図、および光導波路素子の接続構造の光接続前の断面図である。 図１２は、本発明の第５の実施例に係る光導波路素子の接続構造の光接続後の断面図である。 図１３は、本発明の第５の実施例に係るアライメント方法を説明するフローチャートである。 図１４Ａ－図１４Ｂは、本発明の第６の実施例に係る光導波路素子の接続構造の斜視図、および光導波路素子の接続構造の光接続前の断面図である。 図１５は、本発明の第６の実施例に係る光導波路素子の接続構造の光接続後の断面図である。 図１６は、本発明の第６の実施例に係るアライメント方法を説明するフローチャートである。 図１７は、ＰＬＣ端面での直接光結合の１例を示す斜視図である。
［第１の実施例］
以下、本発明の第１の実施例について図面を参照して説明する。本実施例では、光導波路素子である光ファイバと別の光導波路素子であるＰＬＣとを１つのマイクロレンズを介して接続する例について説明する。図１Ａ、図１Ｂ、図２は本実施例に係る光導波路素子の接続構造を示す模式図である。図１Ａは光導波路素子の接続構造の斜視図、図１Ｂは光接続前の接続構造をｙｚ平面で切断した断面図、図２は光接続後の接続構造をｙｚ平面で切断した断面図である。
図１Ａに示すように、光ファイバ１０１の内部には光ファイバコア１０２が形成されている。ＰＬＣ１０７の内部にはＰＬＣコア１０８が形成されている。光ファイバ１０１とＰＬＣ１０７とは、硬化した接着剤１０４およびマイクロレンズ１０３により光学的に接続されている。また、硬化した接着剤１０４は、光ファイバ１０１とＰＬＣ１０７とマイクロレンズ１０３とを機械的に接続している。
図１Ｂに示す光接続前の断面図から明らかなように、光ファイバ１０１の端部とＰＬＣ１０７の端部とマイクロレンズ１０３とは、いずれも硬化前の接着剤１０５によって覆われた状態となっている。図１Ｂの状態で、光ファイバ１０１とＰＬＣ１０７のうち少なくとも一方に光ピンセットの働きをさせるためのアライメント用光波を通すことにより、硬化前の接着剤１０５の中でマイクロレンズ１０３の位置を変動させることができる。
図３は本実施例のアライメント方法を説明するフローチャートである。最初に、図１Ｂに示すように、光ファイバ１０１の端部の入出射端面とＰＬＣ１０７の端部の入出射端面とが向かい合い、光ファイバ１０１の端部とＰＬＣ１０７の端部との間に少なくとも１つのマイクロレンズ１０３が配置された状態で、光ファイバ１０１の端部とＰＬＣ１０７の端部とマイクロレンズ１０３とを硬化前の半固形状態の接着剤１０５（接合材料）によって覆う（図３ステップＳ１００）。このとき、光ファイバ１０１とＰＬＣ１０７とマイクロレンズ１０３とを配置するために台座や治具等を用いてもよい。
接着剤１０５によって空間光学素子（本実施例ではマイクロレンズ１０３）を完全に覆うことにより、光導波路素子間のパッシブアライメントの工程における安定した動作を可能とし、信頼性の向上を図ることができる。
続いて、光ファイバ１０１の端部とＰＬＣ１０７の端部との間の接着剤１０５によって覆われた部分に光が入るように、図示しないアライメント用の光源から光ファイバ１０１とＰＬＣ１０７のうち少なくとも一方にアライメント用の光を入射させる（図３ステップＳ１０１）。光ファイバ１０１の端部とＰＬＣ１０７の端部との間の接着剤１０５によって覆われた部分にアライメント用の光を入射させると、マイクロレンズ１０３に作用する光の輻射圧により、マイクロレンズ１０３は、光強度が高い位置に移動する。
マイクロレンズ１０３の移動後、アライメント用の光の入射を停止し、接着剤１０５を硬化させる（図３ステップＳ１０２）。接着剤１０５がＵＶ硬化型であれば紫外線を照射すればよく、接着剤１０５が熱硬化型であれば加熱すればよいことは言うまでもない。
こうして、接着剤１０５が、硬化した固形の接着剤１０４へと状態変化し、光ファイバ１０１とＰＬＣ１０７とマイクロレンズ１０３とが機械的に接続される。また、硬化した接着剤１０４とマイクロレンズ１０３とを介して、光ファイバ１０１とＰＬＣ１０７の安定的な光学的接続を得ることができ、光ファイバ１０１とＰＬＣ１０７のアライメントを実現することができる。したがって、本実施例では、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、光ファイバ１０１とＰＬＣ１０７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ときよりも光ファイバ１０１とＰＬＣ１０７の接続における実装時間および実装コストを削減することができる。
図１Ｂの状態において、光ファイバ１０１の光軸のｘｙ座標とＰＬＣ１０７の光軸のｘｙ座標にずれがあったとしても、光ファイバ１０１とＰＬＣ１０７の両方にアライメント用の光を同時に入射させることで、光ファイバ１０１から接着剤１０５に入射する光の強度とＰＬＣ１０７から接着剤１０５に入射する光の強度との釣り合いがとれる適切な光路上の位置にマイクロレンズ１０３を移動させることが可能である。
マイクロレンズ１０３の外形の最長部の光学的な長さが所望の通信波長帯の光の波長を超えるように設計することで、図２に示すようにアライメントが完了した状態において、通信波長帯の光１０６の伝搬の様態をマイクロレンズ１０３によって変化せしめることができる。具体的には、光ファイバ１０１から出射した光１０６をマイクロレンズ１０３を介してＰＬＣ１０７のＰＬＣコア１０８に入射させることができる。反対にＰＬＣ１０７から出射した光１０６をマイクロレンズ１０３を介して光ファイバ１０１の光ファイバコア１０２に入射させることができる。
アライメント用の光の波長において、硬化前の接着剤１０５とマイクロレンズ１０３とは、屈折率が異なっていることが求められる。硬化前の接着剤１０５とマイクロレンズ１０３との体積の合計のうちマイクロレンズ１０３の体積が占める割合が７４％を超えないことが、本実施例のアライメントの実現のために必要である。
光信号処理の実用段階で使用される通信波長帯の光１０６の波長は、アライメント用の光の波長と同一であってもよいし異なっていても構わない。同様に、通信波長帯の光１０６の強度は、アライメント用の光の強度と同一であってもよいし異なっていても構わない。本発明では、アライメント用の光の波長と、実装完了後の使用時における通信波長帯の光１０６の波長とを分離することで、設計の自由度を向上させることができる。
接合材料としては、ＵＶ硬化型または熱硬化型の接着剤が最適であるが、通信波長帯の光およびアライメント用の光に対して透明な材料であれば、材料や硬化方法は本実施例に限られない。
本発明では、光導波路素子間の光接続に必要な数を超える個数の空間光学素子（本実施例ではマイクロレンズ１０３）が接着剤中に含まれていてもよい。つまり、光学的な接続に問題が無いならば、通信波長帯の光１０６が通らず光学的な接続に寄与しないマイクロレンズ１０３が存在しても構わない。図２の例では、２つのマイクロレンズ１０３のうち、光ファイバ１０１とＰＬＣ１０７との間の位置から外れた１個のマイクロレンズ１０３は光ファイバ１０１とＰＬＣ１０７の光学的な接続に寄与しない。本発明では、光導波路素子間の光接続に必要な数を超える個数の空間光学素子を用いることにより、実装工程の作業においてゆとりを持たせることが可能となり、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。本実施例では、光ファイバ同士を１つのマイクロレンズを介して接続する例について説明する。図４Ａ、図４Ｂ、図５は本実施例に係る光導波路素子の接続構造を示す模式図である。図４Ａは光導波路素子の接続構造の斜視図、図４Ｂは光接続前の接続構造をｙｚ平面で切断した断面図、図５は光接続後の接続構造をｙｚ平面で切断した断面図である。
図４Ａに示すように、光ファイバ２０１ａの内部には光ファイバコア２０２ａが形成され、光ファイバ２０１ｂの内部には光ファイバコア２０２ｂが形成されている。２つの光ファイバ２０１ａ，２０１ｂは、硬化した接着剤２０４およびマイクロレンズ２０３により光学的に接続されている。また、硬化した接着剤２０４は、２つの光ファイバ２０１ａ，２０１ｂとマイクロレンズ２０３とを機械的に接続している。
図４Ｂに示す光接続前の断面図から明らかなように、光ファイバ２０１ａ，２０１ｂの端部とマイクロレンズ２０３とは、いずれも硬化前の接着剤２０５によって覆われた状態となっている。図４Ｂの状態で、２つの光ファイバ２０１ａ，２０１ｂのうち少なくとも一方に光ピンセットの働きをさせるためのアライメント用光波を通すことにより、硬化前の接着剤２０５の中でマイクロレンズ２０３の位置を変動させることができる。
図６は本実施例のアライメント方法を説明するフローチャートである。最初に、図４Ｂに示すように、２つの光ファイバ２０１ａ，２０１ｂの端部の入出射端面が互いに向かい合い、光ファイバ２０１ａの端部と光ファイバ２０１ｂの端部との間に少なくとも１つのマイクロレンズ２０３が配置された状態で、光ファイバ２０１ａ，２０１ｂの端部とマイクロレンズ２０３とを硬化前の半固形状態の接着剤２０５（接合材料）によって覆う（図６ステップＳ２００）。このとき、光ファイバ２０１ａ，２０１ｂとマイクロレンズ２０３とを配置するために台座や治具等を用いてもよい。
続いて、光ファイバ２０１ａの端部と光ファイバ２０１ｂの端部との間の接着剤２０５によって覆われた部分に光が入るように、図示しないアライメント用の光源から光ファイバ２０１ａ，２０１ｂのうち少なくとも一方にアライメント用の光を入射させる（図６ステップＳ２０１）。光ファイバ２０１ａの端部と光ファイバ２０１ｂの端部との間の接着剤２０５によって覆われた部分にアライメント用の光を入射させると、マイクロレンズ２０３に作用する光の輻射圧により、マイクロレンズ２０３は、光強度が高い位置に移動する。
マイクロレンズ２０３の移動後、アライメント用の光の入射を停止し、接着剤２０５を硬化させる（図６ステップＳ２０２）。
こうして、接着剤２０５が、硬化した固形の接着剤２０４へと状態変化し、光ファイバ２０１ａ，２０１ｂとマイクロレンズ２０３とが機械的に接続される。また、硬化した接着剤２０４とマイクロレンズ２０３とを介して、光ファイバ２０１ａと２０１ｂの安定的な光学的接続を得ることができ、光ファイバ２０１ａと２０１ｂのアライメントを実現することができる。したがって、本実施例では、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、光ファイバ２０１ａと２０１ｂ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ときよりも光ファイバ２０１ａと２０１ｂの接続における実装時間および実装コストを削減することができる。
第１の実施例と同様に、図４Ｂの状態において、光ファイバ２０１ａの光軸のｘｙ座標と光ファイバ２０１ｂの光軸のｘｙ座標にずれがあったとしても、光ファイバ２０１ａ，２０１ｂの両方にアライメント用の光を同時に入射させることで、光ファイバ２０１ａから接着剤２０５に入射する光の強度と光ファイバ２０１ｂから接着剤２０５に入射する光の強度との釣り合いがとれる適切な光路上の位置にマイクロレンズ２０３を移動させることが可能である。
マイクロレンズ２０３の外形の最長部の光学的な長さが所望の通信波長帯の光の波長を超えるように設計することで、図５に示すようにアライメントが完了した状態において、通信波長帯の光２０６の伝搬の様態をマイクロレンズ２０３によって変化せしめることができる。具体的には、光ファイバ２０１ａから出射した光２０６をマイクロレンズ２０３を介して光ファイバ２０１ｂの光ファイバコア２０２ｂに入射させることができる。反対に光ファイバ２０１ｂから出射した光２０６をマイクロレンズ２０３を介して光ファイバ２０１ａの光ファイバコア２０２ａに入射させることができる。
アライメント用の光の波長において、硬化前の接着剤２０５とマイクロレンズ２０３とは、屈折率が異なっていることが求められる。硬化前の接着剤２０５とマイクロレンズ２０３との体積の合計のうちマイクロレンズ２０３の体積が占める割合が７４％を超えないことが、本実施例のアライメントの実現のために必要である。光信号処理の実用段階で使用される通信波長帯の光２０６の波長は、アライメント用の光の波長と同一であってもよいし異なっていても構わない。同様に、通信波長帯の光２０６の強度は、アライメント用の光の強度と同一であってもよいし異なっていても構わない。
接合材料としては、ＵＶ硬化型または熱硬化型の接着剤が最適であるが、通信波長帯の光およびアライメント用の光に対して透明な材料であれば、材料や硬化方法は本実施例に限られない。
また、光学的な接続に問題が無いならば、通信波長帯の光２０６が通らず光学的な接続に寄与しないマイクロレンズ２０３が存在しても構わない。図５の例では、２つのマイクロレンズ２０３のうち、光ファイバ２０１ａと２０１ｂの間の位置から外れた１個のマイクロレンズ２０３は光ファイバ２０１ａと２０１ｂの光学的な接続に寄与しない。
［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。本実施例では、光ファイバ同士を２つのマイクロレンズを介して接続する例について説明する。図７Ａ、図７Ｂ、図８は本実施例に係る光導波路素子の接続構造を示す模式図である。図７Ａは光導波路素子の接続構造の斜視図、図７Ｂは光接続前の接続構造をｙｚ平面で切断した断面図、図８は光接続後の接続構造をｙｚ平面で切断した断面図である。
図７Ａに示すように、光ファイバ３０１ａの内部には光ファイバコア３０２ａが形成され、光ファイバ３０１ｂの内部には光ファイバコア３０２ｂが形成されている。２つの光ファイバ３０１ａ，３０１ｂは、硬化した接着剤３０４および２つのマイクロレンズ３０３により光学的に接続されている。また、硬化した接着剤３０４は、２つの光ファイバ３０１ａ，３０１ｂとマイクロレンズ３０３とを機械的に接続している。
図７Ｂに示す光接続前の断面図から明らかなように、光ファイバ３０１ａ，３０１ｂの端部とマイクロレンズ３０３とは、いずれも硬化前の接着剤３０５によって覆われた状態となっている。図７Ｂの状態で、２つの光ファイバ３０１ａ，３０１ｂのうち少なくとも一方に光ピンセットの働きをさせるためのアライメント用光波を通すことにより、硬化前の接着剤３０５の中でマイクロレンズ３０３の位置を変動させることができる。
本実施例においてもアライメントの処理の流れは第２の実施例と同様であるので、図６を用いて本実施例のアライメント方法について説明する。最初に、図７Ｂに示すように、２つの光ファイバ３０１ａ，３０１ｂの端部の入出射端面が互いに向かい合い、光ファイバ３０１ａの端部と光ファイバ３０１ｂの端部との間に複数のマイクロレンズ３０３が配置された状態で、光ファイバ３０１ａ，３０１ｂの端部とマイクロレンズ３０３とを硬化前の半固形状態の接着剤３０５（接合材料）によって覆う（図６ステップＳ２００）。このとき、光ファイバ３０１ａ，３０１ｂとマイクロレンズ３０３とを配置するために台座や治具等を用いてもよい。
続いて、光ファイバ３０１ａの端部と光ファイバ３０１ｂの端部との間の接着剤３０５によって覆われた部分に光が入るように、図示しないアライメント用の光源から光ファイバ３０１ａ，３０１ｂのうち少なくとも一方にアライメント用の光を入射させる（図６ステップＳ２０１）。光ファイバ３０１ａの端部と光ファイバ３０１ｂの端部との間の接着剤３０５によって覆われた部分にアライメント用の光を入射させると、光の輻射圧により、複数のマイクロレンズ３０３（本実施例では２つのマイクロレンズ３０３）が、光強度が高い位置に移動する。
マイクロレンズ３０３の移動後、アライメント用の光の入射を停止し、接着剤３０５を硬化させる（図６ステップＳ２０２）。
こうして、接着剤３０５が、硬化した固形の接着剤３０４へと状態変化し、光ファイバ３０１ａ，３０１ｂとマイクロレンズ３０３とが機械的に接続される。また、硬化した接着剤３０４と２つのマイクロレンズ３０３とを介して、光ファイバ３０１ａと３０１ｂの安定的な光学的接続を得ることができ、光ファイバ３０１ａと３０１ｂのアライメントを実現することができる。したがって、本実施例では、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、光ファイバ３０１ａと３０１ｂ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ときよりも光ファイバ３０１ａと３０１ｂの接続における実装時間および実装コストを削減することができる。
第２の実施例と同様に、図７Ｂの状態において、光ファイバ３０１ａの光軸のｘｙ座標と光ファイバ３０１ｂの光軸のｘｙ座標にずれがあったとしても、光ファイバ３０１ａ，３０１ｂの両方にアライメント用の光を同時に入射させることで、光ファイバ３０１ａから接着剤３０５に入射する光の強度と光ファイバ３０１ｂから接着剤３０５に入射する光の強度との釣り合いがとれる適切な光路上の位置にマイクロレンズ３０３を移動させることが可能である。本実施例では、光接続前に光ファイバ３０１ａの端部と光ファイバ３０１ｂの端部との間に２つのマイクロレンズ３０３が配置されている。これら２つのマイクロレンズ３０３は、光ファイバ３０１ａから接着剤３０５に入射する光の強度と光ファイバ３０１ｂから接着剤３０５に入射する光の強度との釣り合いがとれる光路上の位置に並ぶように移動する。
マイクロレンズ３０３の外形の最長部の光学的な長さが所望の通信波長帯の光の波長を超えるように設計することで、図８に示すようにアライメントが完了した状態において、通信波長帯の光３０６の伝搬の様態をマイクロレンズ３０３によって変化せしめることができる。具体的には、光ファイバ３０１ａから出射した光３０６を２つのマイクロレンズ３０３を介して光ファイバ３０１ｂの光ファイバコア３０２ｂに入射させることができる。反対に光ファイバ３０１ｂから出射した光３０６を２つのマイクロレンズ３０３を介して光ファイバ３０１ａの光ファイバコア３０２ａに入射させることができる。
アライメント用の光の波長において、硬化前の接着剤３０５とマイクロレンズ３０３とは、屈折率が異なっていることが求められる。硬化前の接着剤３０５とマイクロレンズ３０３との体積の合計のうちマイクロレンズ３０３の体積が占める割合が７４％を超えないことが、本実施例のアライメントの実現のために必要である。光信号処理の実用段階で使用される通信波長帯の光３０６の波長は、アライメント用の光の波長と同一であってもよいし異なっていても構わない。同様に、通信波長帯の光３０６の強度は、アライメント用の光の強度と同一であってもよいし異なっていても構わない。
接合材料としては、ＵＶ硬化型または熱硬化型の接着剤が最適であるが、通信波長帯の光およびアライメント用の光に対して透明な材料であれば、材料や硬化方法は本実施例に限られない。
本実施例では、光ファイバ３０１ａと３０１ｂの光学的な接続に寄与するマイクロレンズ３０３の数量が２となっているため、光学的な接続に寄与するマイクロレンズの数量が２未満の時よりも設計の自由度を高めることができる。
また、光学的な接続に問題が無いならば、通信波長帯の光３０６が通らず光学的な接続に寄与しないマイクロレンズ３０３が存在しても構わない。図８の例では、３つのマイクロレンズ３０３のうち、光ファイバ３０１ａと３０１ｂの間の位置から外れた１個のマイクロレンズ３０３は光ファイバ３０１ａと３０１ｂの光学的な接続に寄与しない。
［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。本実施例では、光ファイバ同士を４つのマイクロレンズを介して接続する例について説明する。図９Ａ、図９Ｂ、図１０は本実施例に係る光導波路素子の接続構造を示す模式図である。図９Ａは光導波路素子の接続構造の斜視図、図９Ｂは光接続前の接続構造をｙｚ平面で切断した断面図、図１０は光接続後の接続構造をｙｚ平面で切断した断面図である。
図９Ａに示すように、光ファイバ４０１ａの内部には光ファイバコア４０２ａが形成され、光ファイバ４０１ｂの内部には光ファイバコア４０２ｂが形成されている。２つの光ファイバ４０１ａ，４０１ｂは、硬化した接着剤４０４および４つのマイクロレンズ４０３により光学的に接続されている。また、硬化した接着剤４０４は、２つの光ファイバ４０１ａ，４０１ｂとマイクロレンズ４０３とを機械的に接続している。
図９Ｂに示す光接続前の断面図から明らかなように、光ファイバ４０１ａ，４０１ｂの端部とマイクロレンズ４０３とは、いずれも硬化前の接着剤４０５によって覆われた状態となっている。図９Ｂの状態で、２つの光ファイバ４０１ａ，４０１ｂのうち少なくとも一方に光ピンセットの働きをさせるためのアライメント用光波を通すことにより、硬化前の接着剤４０５の中でマイクロレンズ４０３の位置を変動させることができる。
本実施例においてもアライメントの処理の流れは第２の実施例と同様であるので、図６を用いて本実施例のアライメント方法について説明する。最初に、図９Ｂに示すように、２つの光ファイバ４０１ａ，４０１ｂの端部の入出射端面が互いに向かい合い、光ファイバ４０１ａの端部と光ファイバ４０１ｂの端部との間に複数のマイクロレンズ４０３が配置された状態で、光ファイバ４０１ａ，４０１ｂの端部とマイクロレンズ４０３とを硬化前の半固形状態の接着剤４０５（接合材料）によって覆う（図６ステップＳ２００）。このとき、光ファイバ４０１ａ，４０１ｂとマイクロレンズ４０３とを配置するために台座や治具等を用いてもよい。
続いて、光ファイバ４０１ａの端部と光ファイバ４０１ｂの端部との間の接着剤４０５によって覆われた部分に光が入るように、図示しないアライメント用の光源から光ファイバ４０１ａ，４０１ｂのうち少なくとも一方にアライメント用の光を入射させる（図６ステップＳ２０１）。光ファイバ４０１ａの端部と光ファイバ４０１ｂの端部との間の接着剤４０５によって覆われた部分にアライメント用の光を入射させると、光の輻射圧により、複数のマイクロレンズ４０３（本実施例では４つのマイクロレンズ４０３）が、光強度が高い位置に移動する。
マイクロレンズ４０３の移動後、アライメント用の光の入射を停止し、接着剤４０５を硬化させる（図６ステップＳ２０２）。
こうして、接着剤４０５が、硬化した固形の接着剤４０４へと状態変化し、光ファイバ４０１ａ，４０１ｂとマイクロレンズ４０３とが機械的に接続される。また、硬化した接着剤４０４と４つのマイクロレンズ４０３とを介して、光ファイバ４０１ａと４０１ｂの安定的な光学的接続を得ることができ、光ファイバ４０１ａと４０１ｂのアライメントを実現することができる。したがって、本実施例では、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、光ファイバ４０１ａと４０１ｂ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ときよりも光ファイバ４０１ａと４０１ｂの接続における実装時間および実装コストを削減することができる。
第２の実施例と同様に、図９Ｂの状態において、光ファイバ４０１ａの光軸のｘｙ座標と光ファイバ４０１ｂの光軸のｘｙ座標にずれがあったとしても、光ファイバ４０１ａ，４０１ｂの両方にアライメント用の光を同時に入射させることで、光ファイバ４０１ａから接着剤４０５に入射する光の強度と光ファイバ４０１ｂから接着剤４０５に入射する光の強度との釣り合いがとれる適切な光路上の位置にマイクロレンズ４０３を移動させることが可能である。本実施例では、光接続前に光ファイバ４０１ａの端部と光ファイバ４０１ｂの端部との間に４つのマイクロレンズ４０３が配置されている。これら４つのマイクロレンズ４０３は、光ファイバ４０１ａから接着剤４０５に入射する光の強度と光ファイバ４０１ｂから接着剤４０５に入射する光の強度との釣り合いがとれる光路上の位置に並ぶように移動する。
マイクロレンズ４０３の外形の最長部の光学的な長さが所望の通信波長帯の光の波長を超えるように設計することで、図１０に示すようにアライメントが完了した状態において、通信波長帯の光４０６の伝搬の様態をマイクロレンズ４０３によって変化せしめることができる。具体的には、光ファイバ４０１ａから出射した光４０６を４つのマイクロレンズ４０３を介して光ファイバ４０１ｂの光ファイバコア４０２ｂに入射させることができる。反対に光ファイバ４０１ｂから出射した光４０６を４つのマイクロレンズ４０３を介して光ファイバ４０１ａの光ファイバコア４０２ａに入射させることができる。
アライメント用の光の波長において、硬化前の接着剤４０５とマイクロレンズ４０３とは、屈折率が異なっていることが求められる。硬化前の接着剤４０５とマイクロレンズ４０３との体積の合計のうちマイクロレンズ４０３の体積が占める割合が７４％を超えないことが、本実施例のアライメントの実現のために必要である。光信号処理の実用段階で使用される通信波長帯の光４０６の波長は、アライメント用の光の波長と同一であってもよいし異なっていても構わない。同様に、通信波長帯の光４０６の強度は、アライメント用の光の強度と同一であってもよいし異なっていても構わない。
接合材料としては、ＵＶ硬化型または熱硬化型の接着剤が最適であるが、通信波長帯の光およびアライメント用の光に対して透明な材料であれば、材料や硬化方法は本実施例に限られない。
本実施例では、光ファイバ４０１ａと４０１ｂの光学的な接続に寄与するマイクロレンズ４０３の数量が４となっているため、光学的な接続に寄与するマイクロレンズの数量が４未満の時よりも設計の自由度を高めることができる。
また、光学的な接続に問題が無いならば、通信波長帯の光４０６が通らず光学的な接続に寄与しないマイクロレンズ４０３が存在しても構わない。図１０の例では、５つのマイクロレンズ４０３のうち、光ファイバ４０１ａと４０１ｂの間の位置から外れた１個のマイクロレンズ４０３は光ファイバ４０１ａと４０１ｂの光学的な接続に寄与しない。
［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。本実施例では、光導波路素子であるＭＣＦ同士を１コアあたり１つのマイクロレンズを介して接続する例について説明する。図１１Ａ、図１１Ｂ、図１２は本実施例に係る光導波路素子の接続構造を示す模式図である。図１１Ａは光導波路素子の接続構造の斜視図、図１１Ｂは光接続前の接続構造をｙｚ平面で切断した断面図、図１２は光接続後の接続構造をｙｚ平面で切断した断面図である。
図１１Ａに示すように、ＭＣＦ５０１ａの内部には４本の光ファイバコア５０２ａ（光導波路）が形成され、ＭＣＦ５０１ｂの内部には４本の光ファイバコア５０２ｂ（光導波路）が形成されている。２つのＭＣＦ５０１ａ，５０１ｂは、硬化した接着剤５０４および１コアあたり１つのマイクロレンズ５０３により光学的に接続されている。また、硬化した接着剤５０４は、２つのＭＣＦ５０１ａ，５０１ｂとマイクロレンズ５０３とを機械的に接続している。
図１１Ｂに示す光接続前の断面図から明らかなように、ＭＣＦ５０１ａ，５０１ｂの端部とマイクロレンズ５０３とは、いずれも硬化前の接着剤５０５によって覆われた状態となっている。図１１Ｂの状態で、２つのＭＣＦ５０１ａ，５０１ｂのうち少なくとも一方に光ピンセットの働きをさせるためのアライメント用光波を通すことにより、硬化前の接着剤５０５の中でマイクロレンズ５０３の位置を変動させることができる。
図１３は本実施例のアライメント方法を説明するフローチャートである。最初に、図１１Ｂに示すように、２つのＭＣＦ５０１ａ，５０１ｂの端部の入出射端面が互いに向かい合い、ＭＣＦ５０１ａの端部とＭＣＦ５０１ｂの端部との間に複数のマイクロレンズ５０３が配置された状態で、ＭＣＦ５０１ａ，５０１ｂの端部とマイクロレンズ５０３とを硬化前の半固形状態の接着剤５０５（接合材料）によって覆う（図１３ステップＳ３００）。このとき、ＭＣＦ５０１ａ，５０１ｂとマイクロレンズ５０３とを配置するために台座や治具等を用いてもよい。
本実施例では、ＭＣＦ５０１ａと５０１ｂの光ファイバコア数は同一であり、また光ファイバコア５０２ａのピッチと光ファイバコア５０２ｂのピッチも同一である。
本実施例では、図１１Ｂの光接続前の状態において、光ファイバコア５０２ａが並ぶ方向と光ファイバコア５０２ｂが並ぶ方向とが概ね平行で、光ファイバコア５０２ａの光軸とこれに対応する光ファイバコア５０２ｂの光軸とのずれ量（図１１Ｂではｙ方向のずれ量）が、光ファイバコア５０２ａ，５０２ｂのピッチの１／２未満であることが望ましい。このように接着剤５０５の硬化前の機械的なアライメント精度が実現できるように、台座や治具等を用いることが望ましい。
続いて、ＭＣＦ５０１ａの端部とＭＣＦ５０１ｂの端部との間の接着剤５０５によって覆われた部分に光が入るように、図示しないアライメント用の光源からＭＣＦ５０１ａ，５０１ｂのうち少なくとも一方にアライメント用の光を入射させる（図１３ステップＳ３０１）。ＭＣＦ５０１ａの端部とＭＣＦ５０１ｂの端部との間の接着剤５０５によって覆われた部分にアライメント用の光を入射させると、光の輻射圧により、複数のマイクロレンズ５０３（本実施例では４つのマイクロレンズ５０３）が、光強度が高い位置に移動する。
マイクロレンズ５０３の移動後、アライメント用の光の入射を停止し、接着剤５０５を硬化させる（図１３ステップＳ３０２）。
こうして、接着剤５０５が、硬化した固形の接着剤５０４へと状態変化し、ＭＣＦ５０１ａ，５０１ｂとマイクロレンズ５０３とが機械的に接続される。また、硬化した接着剤５０４と１コアあたり１つのマイクロレンズ５０３とを介して、ＭＣＦ５０１ａと５０１ｂの安定的な光学的接続を得ることができ、ＭＣＦ５０１ａと５０１ｂのアライメントを実現することができる。したがって、本実施例では、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、ＭＣＦ５０１ａと５０１ｂ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ときよりもＭＣＦ５０１ａと５０１ｂの接続における実装時間および実装コストを削減することができる。
図１１Ｂの状態で、上記のように機械的なアライメント精度が満たされている条件下で、ＭＣＦ５０１ａの光ファイバコア５０２ａの光軸のｘｙ座標と、対応するＭＣＦ５０１ｂの光ファイバコア５０２ｂの光軸のｘｙ座標とにずれがあったとしても、全ての光ファイバコア５０２ａ，５０２ｂにアライメント用の光を同時に入射させることで、光ファイバコア５０２ａから接着剤５０５に入射する光の強度と光ファイバコア５０２ｂから接着剤５０５に入射する光の強度との釣り合いがとれる適切な光路上の位置にマイクロレンズ５０３を移動させることが可能である。
本実施例では、光接続前にＭＣＦ５０１ａの端部とＭＣＦ５０１ｂの端部との間に４つのマイクロレンズ５０３が配置されている。各々のマイクロレンズ５０３は、１つの光ファイバコア５０２ａから接着剤５０５に入射する光の強度と、対向する光ファイバコア５０２ｂから接着剤５０５に入射する光の強度との釣り合いがとれる光路上の位置に移動する。なお、図１２の状態で光ファイバコア５０２ａと５０２ｂの間に少なくとも１つのマイクロレンズ５０３を配置するため、図１１Ｂの光接続前の状態で、ＭＣＦ５０１ａの端部とＭＣＦ５０１ｂの端部との間に光ファイバコア数を上回る数のマイクロレンズ５０３を配置しておくことが望ましい。
マイクロレンズ５０３の外形の最長部の光学的な長さが所望の通信波長帯の光の波長を超えるように設計することで、図１２に示すようにアライメントが完了した状態において、通信波長帯の光５０６の伝搬の様態をマイクロレンズ５０３によって変化せしめることができる。具体的には、ＭＣＦ５０１ａの１本の光ファイバコア５０２ａから出射した光５０６を１つのマイクロレンズ５０３を介してＭＣＦ５０１ｂの対応する光ファイバコア５０２ｂに入射させることができる。反対にＭＣＦ５０１ｂの１本の光ファイバコア５０２ｂから出射した光５０６を１つのマイクロレンズ５０３を介してＭＣＦ５０１ａの対応する光ファイバコア５０２ａに入射させることができる。
アライメント用の光の波長において、硬化前の接着剤５０５とマイクロレンズ５０３とは、屈折率が異なっていることが求められる。硬化前の接着剤５０５とマイクロレンズ５０３との体積の合計のうちマイクロレンズ５０３の体積が占める割合が７４％を超えないことが、本実施例のアライメントの実現のために必要である。光信号処理の実用段階で使用される通信波長帯の光５０６の波長は、アライメント用の光の波長と同一であってもよいし異なっていても構わない。同様に、通信波長帯の光５０６の強度は、アライメント用の光の強度と同一であってもよいし異なっていても構わない。
接合材料としては、ＵＶ硬化型または熱硬化型の接着剤が最適であるが、通信波長帯の光およびアライメント用の光に対して透明な材料であれば、材料や硬化方法は本実施例に限られない。
また、光学的な接続に問題が無いならば、通信波長帯の光５０６が通らず光学的な接続に寄与しないマイクロレンズ５０３が存在しても構わない。図１２の例では、５つのマイクロレンズ５０３のうち、ＭＣＦ５０１ａと５０１ｂの間の位置から外れた１個のマイクロレンズ５０３はＭＣＦ５０１ａと５０１ｂの光学的な接続に寄与しない。
［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。本実施例では、ＭＣＦ同士をマイクロレンズアレイを介して接続する例について説明する。図１４Ａ、図１４Ｂ、図１５は本実施例に係る光導波路素子の接続構造を示す模式図である。図１４Ａは光導波路素子の接続構造の斜視図、図１４Ｂは光接続前の接続構造をｙｚ平面で切断した断面図、図１５は光接続後の接続構造をｙｚ平面で切断した断面図である。
図１４Ａに示すように、ＭＣＦ６０１ａの内部には４本の光ファイバコア６０２ａ（光導波路）が形成され、ＭＣＦ６０１ｂの内部には４本の光ファイバコア６０２ｂ（光導波路）が形成されている。２つのＭＣＦ６０１ａ，６０１ｂは、硬化した接着剤６０４およびマイクロレンズアレイ６０３により光学的に接続されている。また、硬化した接着剤６０４は、２つのＭＣＦ６０１ａ，６０１ｂとマイクロレンズアレイ６０３とを機械的に接続している。
図１４Ｂに示す光接続前の断面図から明らかなように、ＭＣＦ６０１ａ，６０１ｂの端部とマイクロレンズアレイ６０３とは、いずれも硬化前の接着剤６０５によって覆われた状態となっている。図１４Ｂの状態で、２つのＭＣＦ６０１ａ，６０１ｂのうち少なくとも一方に光ピンセットの働きをさせるためのアライメント用光波を通すことにより、硬化前の接着剤６０５の中でマイクロレンズアレイ６０３の位置を変動させることができる。
図１６は本実施例のアライメント方法を説明するフローチャートである。最初に、図１４Ｂに示すように、２つのＭＣＦ６０１ａ，６０１ｂの端部の入出射端面が互いに向かい合い、ＭＣＦ６０１ａの端部とＭＣＦ６０１ｂの端部との間にマイクロレンズアレイ６０３が配置された状態で、ＭＣＦ６０１ａ，６０１ｂの端部とマイクロレンズアレイ６０３とを硬化前の半固形状態の接着剤６０５（接合材料）によって覆う（図１６ステップＳ４００）。このとき、ＭＣＦ６０１ａ，６０１ｂとマイクロレンズアレイ６０３とを配置するために台座や治具等を用いてもよい。
本実施例では、ＭＣＦ６０１ａと６０１ｂの光ファイバコア数は同一であり、また光ファイバコア６０２ａのピッチと光ファイバコア６０２ｂのピッチも同一である。マイクロレンズアレイ６０３は、ＭＣＦ６０１ａ，６０１ｂの光ファイバコア数と同数のレンズを、光ファイバコア６０２ａ，６０２ｂと同一のピッチで基板上に配置したものである。
本実施例では、図１４Ｂの光接続前の状態において、光ファイバコア６０２ａが並ぶ方向と光ファイバコア６０２ｂが並ぶ方向とが概ね平行で、光ファイバコア６０２ａの光軸とこれに対応する光ファイバコア６０２ｂの光軸とのずれ量（図１４Ｂではｙ方向のずれ量）が、光ファイバコア６０２ａ，６０２ｂのピッチの１／２未満であることが望ましい。このように接着剤６０５の硬化前の機械的なアライメント精度が実現できるように、台座や治具等を用いることが望ましい。
続いて、ＭＣＦ６０１ａの端部とＭＣＦ６０１ｂの端部との間の接着剤６０５によって覆われた部分に光が入るように、図示しないアライメント用の光源からＭＣＦ６０１ａ，６０１ｂのうち少なくとも一方にアライメント用の光を入射させる（図１６ステップＳ４０１）。ＭＣＦ６０１ａの端部とＭＣＦ６０１ｂの端部との間の接着剤６０５によって覆われた部分にアライメント用の光を入射させると、光の輻射圧により、マイクロレンズアレイ６０３が、光強度が高い位置に移動する。
マイクロレンズアレイ６０３の移動後、アライメント用の光の入射を停止し、接着剤６０５を硬化させる（図１６ステップＳ４０２）。
こうして、接着剤６０５が、硬化した固形の接着剤６０４へと状態変化し、ＭＣＦ６０１ａ，６０１ｂとマイクロレンズアレイ６０３とが機械的に接続される。また、硬化した接着剤６０４とマイクロレンズアレイ６０３の各レンズとを介して、ＭＣＦ６０１ａと６０１ｂの安定的な光学的接続を得ることができ、ＭＣＦ６０１ａと６０１ｂのアライメントを実現することができる。したがって、本実施例では、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、ＭＣＦ６０１ａと６０１ｂ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ときよりもＭＣＦ６０１ａと６０１ｂの接続における実装時間および実装コストを削減することができる。
図１４Ｂの状態で、上記のように機械的なアライメント精度が満たされている条件下で、ＭＣＦ６０１ａの光ファイバコア６０２ａの光軸のｘｙ座標と、対応するＭＣＦ６０１ｂの光ファイバコア６０２ｂの光軸のｘｙ座標とにずれがあったとしても、全ての光ファイバコア６０２ａ，６０２ｂにアライメント用の光を同時に入射させることで、光ファイバコア６０２ａから接着剤６０５に入射する光の強度と光ファイバコア６０２ｂから接着剤６０５に入射する光の強度との釣り合いがとれる適切な光路上の位置にマイクロレンズアレイ６０３を移動させることが可能である。このとき、１つの光ファイバコア６０２ａから接着剤６０５に入射する光の強度と、対応する１つの光ファイバコア６０２ｂから接着剤６０５に入射する光の強度との釣り合いがとれる光路上にマイクロレンズアレイ６０３中の１つのレンズが位置するように、マイクロレンズアレイ６０３は移動する。
マイクロレンズアレイ６０３の外形における光学軸に直交する方向（図１５のｙ方向）の光学的な長さが所望の通信波長帯の光の波長を超えるように設計することで、図１５に示すようにアライメントが完了した状態において、通信波長帯の光６０６の伝搬の様態をマイクロレンズアレイ６０３によって変化せしめることができる。具体的には、ＭＣＦ６０１ａの１本の光ファイバコア６０２ａから出射した光６０６をマイクロレンズアレイ６０３の１つのレンズを介してＭＣＦ６０１ｂの対応する光ファイバコア６０２ｂに入射させることができる。反対にＭＣＦ６０１ｂの１本の光ファイバコア６０２ｂから出射した光６０６をマイクロレンズアレイ６０３の１つのレンズを介してＭＣＦ６０１ａの対応する光ファイバコア６０２ａに入射させることができる。
アライメント用の光の波長において、硬化前の接着剤６０５とマイクロレンズアレイ６０３とは、屈折率が異なっていることが求められる。硬化前の接着剤６０５とマイクロレンズアレイ６０３との体積の合計のうちマイクロレンズアレイ６０３の体積が占める割合が７４％を超えないことが、本実施例のアライメントの実現のために必要である。光信号処理の実用段階で使用される通信波長帯の光６０６の波長は、アライメント用の光の波長と同一であってもよいし異なっていても構わない。同様に、通信波長帯の光６０６の強度は、アライメント用の光の強度と同一であってもよいし異なっていても構わない。
接合材料としては、ＵＶ硬化型または熱硬化型の接着剤が最適であるが、通信波長帯の光およびアライメント用の光に対して透明な材料であれば、材料や硬化方法は本実施例に限られない。
また、光学的な接続に問題が無いならば、通信波長帯の光６０６が通らず光学的な接続に寄与しないマイクロレンズアレイ６０３が存在しても構わない。図１５の例では、２つのマイクロレンズアレイ６０３のうち、ＭＣＦ６０１ａと６０１ｂの間の位置から外れた１個のマイクロレンズアレイ６０３はＭＣＦ６０１ａと６０１ｂの光学的な接続に寄与しない。
なお、本発明では、接続される２つの光導波路素子がどのような種類の光導波路素子であるかについては特に限定しない。第１～第６の実施例として図示した光導波路素子は、光ファイバ、ＭＣＦおよびＰＬＣであるが、あくまで例示であり、ＦＢＧ、偏波保持ファイバ、ＬＤ、フォトディテクタ（ＰＤ：Photodetector）、変調器などの光導波路素子に本発明を適用してもよい。すなわち、本発明は光導波路素子の種類や構成に対して独立したものとなっている。
第１～第６の実施例では、光導波路素子間の光結合を担う空間光学素子としてマイクロレンズまたはマイクロレンズアレイを用いている。マイクロレンズまたはマイクロレンズアレイのように市中にて安価に調達できる部材を採用することにより、部材コストを低減することができる。ただし、第１～第６の実施例はあくまで例示であり、他の空間光学素子を用いることも有りうる。
また、第１～第６の実施例では、光導波路素子間の光結合を担うマイクロレンズの数量が１個、２個、４個の形態と、光結合を担うマイクロレンズアレイの数量が１個の形態とを示しているが、あくまで例示であり、第１～第６の実施例の数量以外の空間光学素子を用いることも有りうる。
第１～第６の実施例において、空間光学素子として例示しているマイクロレンズおよびマイクロレンズアレイについては、石英系ガラスのような無機材料やポリスチレン樹脂のような有機材料を用いて実現することが可能であるが、他の材料からなる空間光学素子を用いることも有りうる。
また、第１～第６の実施例では、光導波路素子と空間光学素子とを固定する接合材料として、接着剤のみを用いているが、あくまで例示であり、他の材料を用いることも有りうる。
また、第１～第６の実施例では、２つの光導波路素子を接続する例について説明しているが、３つ以上の光導波路素子の間を接続することも可能である。３つ以上の光導波路素子を接続する場合には、３つ以上の光導波路素子間を接続することが可能な空間光学素子を使用すればよい。
また、第１の実施例のように光導波路素子としてＰＬＣを用いた場合でも、ＰＬＣを構成する材料系は任意に選択できる。石英系ＰＬＣによる系では、支持基板にはＳｉ基板を、クラッド層にはＳｉＯ2からなるクラッド層を用いることができる。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の材料による導波路構造あるいは化合物半導体系材料による導波路構造を持つＰＬＣ、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ＰＬＣに含まれる。
本発明は、光導波路素子同士を光学的に接続する技術に適用することができる。
１０１，２０１ａ，２０１ｂ，３０１ａ，３０１ｂ，４０１ａ，４０１ｂ…光ファイバ、５０１ａ，５０１ｂ，６０１ａ，６０１ｂ…ＭＣＦ １０２，２０２ａ，２０２ｂ，３０２ａ，３０２ｂ，４０２ａ，４０２ｂ，５０２ａ，５０２ｂ，６０２ａ，６０２ｂ…光ファイバコア、１０３，２０３，３０３，４０３，５０３…マイクロレンズ、６０３…マイクロレンズアレイ、１０４，２０４，３０４，４０４，５０４，６０４…硬化した接着剤、１０５，２０５，３０５，４０５，５０５，６０５…硬化前の接着剤、１０６，２０６，３０６，４０６，５０６，６０６…通信波長帯の光、１０７…ＰＬＣ、１０８…ＰＬＣコア。

Claims (6)

  1. 少なくとも２つの光導波路素子の端部の入出射端面が互いに向かい合い、向かい合う入出射端面の間に２つ以上の空間光学素子が配置された状態で、前記光導波路素子の端部と前記空間光学素子とを半固形状態の接合材料によって覆う第１のステップと、
    少なくとも２つの前記光導波路素子間の前記接合材料によって覆われた部分に光が入るように、少なくとも１つの前記光導波路素子にアライメント用の光を入射させる第２のステップと、
    前記空間光学素子に作用する光の輻射圧により、少なくとも２つの前記光導波路素子の入出射端面間の光路上に２つ以上の前記空間光学素子が移動した後に、前記接合材料を固形状態に変化させる第３のステップとを含み、
    前記空間光学素子は、球状のマイクロレンズであり、
    少なくとも２つの前記光導波路素子が前記接合材料および２つ以上の前記球状のマイクロレンズを介して光学的に接続され、前記接合材料によって前記光導波路素子と前記球状のマイクロレンズとが機械的に接続されることを特徴とする光導波路素子のアライメント方法。
  2. 請求項１記載の光導波路素子のアライメント方法において、
    前記接合材料は、接着剤であることを特徴とする光導波路素子のアライメント方法。
  3. 請求項１または２記載の光導波路素子のアライメント方法において、
    前記接合材料は、前記空間光学素子を完全に覆っていることを特徴とする光導波路素子のアライメント方法。
  4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光導波路素子のアライメント方法において、
    前記光導波路素子は、通信波長帯の光と前記アライメント用の光とを導波可能であり、
    前記空間光学素子と前記接合材料とは、前記通信波長帯の光と前記アライメント用の光とに対して透明であることを特徴とする光導波路素子のアライメント方法。
  5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光導波路素子のアライメント方法において、
    少なくとも２つの前記光導波路素子間の光学的接続に必要な数以上の前記空間光学素子が前記接合材料内に含まれ、少なくとも２つの前記光導波路素子の入出射端面間の光路から外れた位置に前記光学的接続に寄与しない前記空間光学素子が存在することを特徴とする光導波路素子のアライメント方法。
  6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光導波路素子のアライメント方法において、
    各光導波路素子は、それぞれ複数の光導波路を備え、
    前記第３のステップは、少なくとも２つの前記光導波路素子の対応する光導波路間のそれぞれが前記接合材料および２つ以上の前記球状のマイクロレンズを介して光学的に接続されるように、前記球状のマイクロレンズが移動した後に、前記接合材料を固形状態に変化させるステップを含むことを特徴とする光導波路素子のアライメント方法。
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