JPH01310314A - 光導波路と光ファイバとを接続する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光ファイバと光導波路とを接続する方法に関す
る。

〔従来技術〕

近年、光導波路は各種センサーや、光通信用の外部変３
３器等の様々な応用分野が考えられ、試作されている。

そしてこれらの光導波路は、通常、単一モード動作する
ように構成されているため光導波路と単一モード光ファ
イバを結合させて一体化した、いわゆるピッグテール型
の実装構造をとることか望まれている。

従来の実装構造として、例えば、応用物理学会の光ファ
イバ・センサー研究会の文献ＷＯＦＳ４−１２　（１９
８７）に示す例がある。この従来のピッグテール型実装
構造を第７図に示す。この第７図に示す構造では、光フ
ァイバ６１がフェルール６２に挿入され固定されており
、このフェルール６２がフェルール保持部材６３の貫通
穴に挿入固定されることにより、光ファイバ６１がフェ
ルール保持部材６３に固定されている。そして、光ファ
イバ６１と光導波路６４の導波路口との光軸合わせを行
った後、このフェルール保持部材６３は光導波路６４を
保持する光導波路保持部材６５に固定される。この固定
はレーザ溶接により行われ、フェルール保持部材６３は
光導波路保持部材６５にスポット６６で溶接により固定
されていた。

〔発明の解決しようとする課題〕

上述の如き従来の接続構造では光ファイバ６１と光導波
路６４との光軸合わせ後、フェルール保持部材６３と光
導波路保持部材６５とを突き合わせた状態でスポット溶
接されるため、この溶接時の金属の溶融、凝固に伴って
発生する応力により、先に行った光軸合わせがずれてし
まうことがあった。このような光軸間のずれが生じると
光ファイバと光導波路の光導入出口との間の光結合効率
が低下してしまう。また、特に、第８図に示すようにフ
ェルール保持部材６３と光導波路保持部材６５との間に
段差が生じた状態で光軸合わせがなされた場合、このよ
うな段差部Ｅ、Ｆで溶接固定しなければならない。そし
て、このような段差部で溶接固定する場合には、溶接の
除土じる応力によるＸ方向の軸ずれをすこしでも少なく
するため、ＥＳＦ部を交互に溶接し、光軸ズレを補正し
てはいるが、再現性に乏しく、装置の製造歩留まりが極
めて悪かった。

本発明は上記問題点を解消し、光ファイバと光導波路と
を接続、実装する際、光軸ズレが生じ難く、かつ光ファ
イバを最適な結合状態の位置に固定しやすく、接続装置
の各構成部品の加工精度を余り高くしなくても最適な光
結合を実現できる接続方法を提供することを目的とする
。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の光ファイバと光導波路の接続方法では光ファイ
バと光導波路とを接続する接続構造が、光導波路を有す
る光導波路基体が固定された光導波路保持部材と、光フ
ァイバ保持部材と、光ファイバの位置決め用溝を存し前
記光ファイバ保持部材に当接することにより光ファイバ
を位置決め固定する光ファイバ押え部材とを含み、光フ
ァイバを前記光ファイバ押え部材の前記位置決め用溝と
前記光ファイバ保持部材の上面とにより挾み込み、磁力
発生手段を前記光ファイバ保持部材の下面側に配置し付
勢することにより、前記光ファイバ保持部材を介して前
記光ファイバ押え部材を磁力吸引し前記光ファイバ保持
部材の上面に光ファイバを所定の力で保持する第１保持
工程と、前記光ファイバ保持部材と前記光導波路保持部
材とを相対的に移動し、光ファイバの光軸と前記光導波
路の先導入出口の光軸とを位置合せする第１光輔、２！
Ｊ整工程と、前記第１光軸調整工程による光軸間の位置
合せが終了した後、前記光ファイバ保持部材を前記光導
波路保持部材にレーザ溶接で固定する第１次固定工程と
、前記第１次固定工程の終了の後、前記磁力発生手段を
調節し、先ファイバを光ファイバ保持部材に対して相対
的に移動し、先ファイバの光軸と前記光導入出口の光軸
との微調位置合せをする第２光軸調整工程と、前記第２
光軸調整の後、前記磁気発生手段を付勢し、前記光ファ
イバ押え部材を前記光ファイバ保持部材に押付けること
により光ファイバを仮固定する仮固定工程と前記仮固定
工程で固定された光ファイバを前記光導波路保持部材に
台管固定する第２次固定工程とを含むことを特徴とする
。

〔作用〕

本発明の接続方法では、光導波路保持部材と光ファイバ
保持部材との間及び光ファイバ保持部材と光ファイバ押
え部材との間の２段階での光ファイバと光導波路との光
軸合わせを行い、磁気発生手段を利用した仮固定後、光
ファイバを直接光導波路保持部材にハンダにより固定す
ることにより、固定される光ファイバ及び光導波路間の
光軸合わせを確実にしている。

〔実施例〕

以下図面を参照しつつ本発明に従う実施例について説明
する。

同一符号を付した要素は同一機能を有するため重複する
説明は省略する。

第１図は本発明に従う接続方法によって接続された光フ
ァイバと光導波路の接続構造の斜視図であり、第２図は
第１図のＸ方向側面図であり、第３図は第２図のＡ−Ａ
断面図である。図に示す接続装置は、光導波路１ａの光
導入出口１ｂ、１ｃに光ファイバ３の光軸を位置合せし
接続するものである。

この光ファイバと光導波路とを接続する接続構造は、光
導波路基体１を保持する光導波路保持部材２と、光ファ
イバ３を保持する光ファイバ保持部材６と、光ファイバ
３を光ファイバ保持部材６の所定の位置に仮固定する光
ファイバ押え部材５とより構成される。光ファイバ３は
取扱がしゃすいようにフェルール４内に挿入されている
。光ファイバ押え部材５は、略Ｖ形の溝５ａを有してい
る。この溝５ａは、第３図に示すように、光ファイバ保
持部材６の上面６ａと協働し、光ファイバ３を挾み込み
、光ファイバ３の位置決め固定を行う。このため、この
略Ｖ形の溝５ａの大きさは、光ファイバ３を入れたとき
、光ファイバ３の外周面が、光ファイバ押え部材５の光
ファイバ保持部材６への当接面５ｂと同一平面上にある
か、はんの住か突出するような大きさとする必要がある
。

光導波路基体１は光導波路保持部材２の上面に当接し高
融点の半田、例えば、Ａｕ−５ｎ半田でハンダ付けされ
ている。このハンダ付けのため、光導波路基体１の下面
及び光導波路保持部材２の上面には、ハンダ付けに適し
た金属（例えば、Ａｕ、Ｃｕ等）の膜がメツキ法、薄青
法、スパッタリング法等で形成されている。この実施例
では、この固定を信頼性の観点から見てハンダ付けで行
っているが、樹脂接着剤で固定するようにしてもよい。

光導波路保持部材２は光ファイバ保持部材６の側面に当
接され、レーザによるスポット溶接（例えば、ＹＡＧレ
ーザ、アレキサンドライトレーザ、ＣＯ２レーザ等）に
て互いにスポット９ａ、９ｂで固定されている。この固
定はレーザによるスポット溶接により行われている。光
ファイバ３の先端部近傍３ａにはＡｕ等がメタライズさ
れ、このメタライズ部分３ａで光導波路保持部材２に低
融点ハンダ、例えばＰｂ−３ｎ共品ハンダで固定されて
いる。

一方、光ファイバ押え部材５の材料は、以下に説明する
接続方法で磁力による仮固定ができるように磁性材料と
する。また、光ファイバ保持部材９を非磁性材料とする
。更に、これらの部材の材料は互いにレーザ溶接できる
材料であることが好ましい。この様な材料の例としては
、ＹＡＧレーザで溶接する場合には光ファイバ押え部材
５の材料としてコバール（Ｋｏｖａｒ　）　、Ｆ　ｅ−
４２Ｎ　ｉ合金等、光ファイバ保持部材６の材料として
ステンレス鋼５ＵＳ３０３をあげることができる。

以下、上記接続装置の製造方法を説明する。

接続方法は、第４図に示すように、大きく分けて光導波
路基体固定工程１０と、光ファイバ保持工程１１と、光
軸調整工程１２と、第１次固定工程１３と、光軸調整板
固定工程１４と、第２次固定工程１５とより構成される
。

上記各工程について以下詳細に説明する。

まず光導波路基体固定工程１０を実施する。この工程で
は、先に説明したように、光導波路基体１の下面と光導
波路保持部材２の上面とを／１ンダ付けにより固定する
。

次に、光ファイバ保持工程１１を実施する。この工程で
は、光ファイバ３のフェルール４を光ファイバ押え部材
５に形成した略■形の溝５ａに入れ、光ファイバ押え部
材５の溝５ａの形成面５ｂを光ファイバ保持部材６の上
面６ａに当接させる。

次に、光ファイバ保持部材６の下面側に電磁石７等の磁
力発生手段を配置し、この電磁石７に電流を流し、光フ
ァイバ押え部材５を光ファイバ保持部材６の上面６ａ側
に磁力吸引し、溝５ａの側面と光ファイバ保持部材６の
上面６ａとにより光ファイバ３のフェルール４を仮固定
する。電磁石９の磁力は、先ファイバ３のフェルール４
を図においてＺ方向に動かすことはできるが、Ｚ方向で
の調節の際、ＸＳＹ方向に光ファイバ３のフェルール４
が動いてしまわないように調節しておく。

次に、光軸：Ａ整工程１２を実施する。この工程では、
先の光ファイバ保持工程１１で光ファイバ３が仮固定さ
れた光ファイバ保持部材６の側面を光導波路保持部材２
の側面に当接させ、光導波路保持部材２に対して光ファ
イバ３のフェルール４をＺ方向に、光ファイバ保持部材
６をＸ、Ｙ方向に相対的に移動させ、光ファイバ３の光
軸と光導波路１ａの光導入出口１ｂ、ｌｃの光軸との位
置合わせを行う。光ファイバ３と光導波路の光導入出口
１ｂ、ｌｃとの光軸合わせは、光ファイバの一方からレ
ーザ光を入射させ、光導波路の光出射部の出力が最大と
なるように位置調整をする。

光軸調整工程１２の光軸位置合せが終了した後、第１次
固定工程１３を実施する。この工程では、光ファイバ保
持部材６と光導波路保持部材２とをそれらの当接側面部
Ｇ、Ｈのスポット９ａ、９ｂで、レーザにより溶接し互
いに固定する。

第１次固定工程１３の実施により、溶接による各部材の
材料の溶融、凝固等により、第１次光軸調整工程１２で
位置合せした光軸が主にＸ方向にずれることがある。こ
の光軸ずれを補正するため、光軸、２！Ｊ整仮固定工程
１４を実施する。この工程では、光ファイバ保持部材６
に下面側に配置した７は磁石７へ流す電流を調節し、フ
ェルール４を光導波路１ａに対してＸＳＺ方向に移動さ
せ、光ファイバ３の光軸と光導波路１ａの光導入出口１
ｂ、１ｃの光軸との位置合せを行う。位置合せ完了後、
電磁石７へ流す電流を多くし磁力を増加させ、光ファイ
バ押え部材５を光ファイバ保持部材６の上面６ａに強固
に押し付は仮固定する。この磁力の増加の際、再び、光
ファイバ３の光軸が光導入出口１ｂ、ｌｃの光軸に対し
て僅かにずれることがあるが、その場合には、電磁石７
へ流す電流を適宜調節しつつ、光ファイバ３の光軸と光
導波路１ａの光導入出口１ｂ、ｌｃの光軸との位置合せ
の微調整を行うことにより、最適光結合状態での磁力に
より光ファイバ押え部材５と光ファイバ保持部材６との
強固な仮固定が実施できる。

光軸調整板固定工程１４の終了後、第２次固定工程１５
を実施する。この工程では、光ファイバ３のメタライズ
部分３ａを光導波路保持部材２にハンダ８で固定する。

このハンダ固定の際、先ファイバ３は先ファイバ押え部
材５と光ファイバ保持部材６との間に挾み込まれて磁力
により強固に固定されているので、光軸間の位置ずれは
発生しにくい。

また、光ファイバ押え部材５は弔に仮固定のために使用
するため、光ファイバ３を挾み込む略■形の溝の形状を
高精度で形成しなくてもすむ。これは、以下の理由によ
る。この光ファイバ押え部材５を光ファイバ保持部材６
にレーザ溶接で固定し、光ファイバを固定する場合には
、この溝５ａの深さが浅い時は、第５図に示すようにε
の隙間が生じる。この状態で、光ファイバ３と光導波路
１ａの光導入出口ｌ　ｂ　ｓ　１　ｃとの光軸合わせが
完了したとき、これらの部材を互いにレーザ溶接で固定
すると、光ファイバ押え部材５の下面５ｂが光ファイバ
保持部材６の上面６ａに接するように変形し、歪みが加
わったまま固定されることになる。この為、この様な接
続装置が環境の変化特にとくに温度変動にさらされたと
き、これらの部材の溶接部にクラックが生じ易く長期的
使用において信頼性に問題が生じる恐れがある。また一
方、溝５ａの深さを深くし過ぎると光ファイバを位置決
めする機能を果たすことができない。そこで、溝の深さ
の加工精度を概ね５μｍ以下に押える必要が生じ、接続
装置の製造コストを下げることができなかった。しかし
、本発明のように単に仮固定のためにのみ使用する場合
には、この様な高精度な加工は必要としない。

また上記実施例では、単一の光ファイバを光導波路に光
結合させる接続装置の接続方法について説明しているが
、光ファイバ押え部材に複数の溝を設け、これらの溝の
ピッチを光導波路の光導入出口の配列ピッチと同じにし
ておけば、光導波路に対して複数の光ファイバを同時に
接続することが可能になる。

本発明は上記実施例に限定されるものでなく、種々の変
形例が考えられ得る。

具体的には、上記実施例では、光ファイバ自身を光ファ
イバ押え部材の溝に入れているが、この光ファイバをフ
ェルールに挿入して、このフェルールを溝に入れるよう
にしてもよい。

更に、上記実施例では、光導波路に光結合される光ファ
イバの先端面を平担に研磨した場合について示しである
が、先球加工、あるいはテーバ先球加工を施した光ファ
イバを使用してもよい。

また更に、光導波路と光ファイバ間の光結合効率を上げ
るため、その光結合面にマツチングオイルを塗布しても
よい。

また更に、光ファイバの光導波路との光結合部近傍を加
熱し、スポット径を大きくするようにして光結合効率を
向上させてもよい。

また更に、上記実施例では光ファイバ押え部材に形成す
る溝を略Ｖ形としているが、これに限定されず、そこに
挿入される光ファイバの位置決めができる形状であれば
、その形状に限定されない。

また更に、上記実施例では、光ファイバを直接光導波路
保持部材にハンダ固定しているが、第６図に示す容易に
、アルミナ等の断熱性の高い材料より構成された光ファ
イバマウント２０を光導波路保持部材に予め取り付け、
この光ファイバマウント２０に光ファイバ３のメタライ
ズ部分３ａをハンダ付けしてもよい。このように構成す
ることにより、半田付けの時間か短縮され、光ファイバ
のメタライズ部分の劣化を防止することができる。

また、上記実施例では光ファイバ押え部材を単に仮固定
にのみ使用しているが、更に、強固に光ファイバを固定
するため、光ファイバ保持部材にレーザ溶接してもよい
。

〔効果〕

以上説明したように、本発明の接続方法では、部品の高
精度加工が不必要になり、安価な部材で光ファイバと光
導波路との光結合効率の高い接続が可能となる。これに
より、安価で高性能な接続装置が実現できるため、各種
光センサ、光通信用変調器、光スィッチ等の光導波路モ
ジュールへの適用が期待される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に従う接続方法を使用する接続装置の
斜視図、第２図は、第１図に示す接続装置のＸ方向側面
図、第３図は、第１図に示す接続装置のＡ−Ａ断面図、
第４図は、本発明に従う製造方法の概略工程線図、第５
図は、本発明に従う接続方法を使用する接続装置の応用
例を示す図、第６図は、光ファイバ押え部材の溝の加工
精度に関連する問題点を説明する図、第７図は、従来例
を示す図、及び第８図は、第７図に示す従来例の上面図
である。 １．６４・・・光導波路基体、１ｂ・・・光導波路、１
ｂ％ＩＣ・・・光導入出口、 ２．６５・・・光導波路保持部材、 ３．３ａ、３ｂ、６１−光ファイバ、 ４．４　ａ　ｓ　４　ｂ　ｓ　６２　＝・フェルール、
５・・・光ファイバ押え部材、５ａ・・・略Ｖ形溝、６
・・・光ファイバ保持部材、７・・・電磁石、２０・・
・光ファイバマウント、９ａ、９ｂ、６６・・・スポッ
ト。 特許出願人　　住友電気工業株式会社 代理人弁理士　　　長谷用　　芳　　樹間　　　　　　
　　　寺　　　嶋　　　史　　　同第２図 Ａ−Ａ断面 箇３図 変形例 第５図 本発日月の工不呈 第４図 加工稍濱の影響 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光ファイバと光導波路とを接続する方法において、 光ファイバと光導波路とを接続する接続構造が、光導波
   路を有する光導波路基体が固定されている光導波路保持
   部材と、光ファイバ保持部材と、光ファイバの位置決め
   用溝を有し前記光ファイバ保持部材に当接することによ
   り光ファイバを位置決め固定する光ファイバ押え部材と
   を含み、 光ファイバを前記光ファイバ押え部材の前記位置決め用
   溝と前記光ファイバ保持部材の上面とにより挾み込み、
   磁力発生手段を前記光ファイバ保持部材の下面側に配置
   し付勢することにより、前記光ファイバ保持部材を介し
   て前記光ファイバ押え部材を磁力吸引し前記光ファイバ
   保持部材の上面に光ファイバを所定の力で保持する第１
   保持工程と、 前記光ファイバ保持部材と前記光導波路保持部材とを相
   対的に移動し、光ファイバの光軸と前記光導波路の光導
   入出口の光軸とを位置合せする第１光軸調整工程と、 前記第１光軸調整工程による光軸間の位置合せが終了し
   た後、前記光ファイバ保持部材を前記光導波路保持部材
   にレーザ溶接で固定する第１次固定工程と、 前記第１次固定工程の終了の後、前記磁力発生手段を調
   節し、光ファイバを光ファイバ保持部材に対して相対的
   に移動し、光ファイバの光軸と前記光導入出口の光軸と
   の微調位置合せをする第２光軸調整工程と、 前記第２光軸調整の後、前記磁気発生手段を付勢し、前
   記光ファイバ押え部材を前記光ファイバ保持部材に押付
   けることにより光ファイバを仮固定する仮固定工程と 前記仮固定工程で固定された光ファイバを前記光導波路
   保持部材に接着固定する第２次固定工程とを含む、光フ
   ァイバと光導波路とを接続する方法。 ２、前記第２次固定工程での光ファイバと光導波路保持
   部材との接着固定が、光ファイバに接着固定部をメタラ
   イズし、ハンダ付により行われる請求項１記載の光ファ
   イバと光導波路とを接続する方法。