JPH0233105A - 光導波路および光導波路の製造方法 - 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を低損失で長期的に高い信頼性を得
ることのできるように接続するに適した光導波路及びそ
のように光ファイバの接続された光導波路並びにそれら
光導波路の製造方法に関する。

［従来の技術］ 光導波路による光回路素子の集積化技術は、システムの
高機能化、低価格化のためにはなくてはならない必須技
術になりつつある。この光導波路を実用化する上での最
も重要な課題に、光ファイバと光導波路の接続技術の確
立がある。

従来、上記接続技術として、第７図に示すように、炭酸
ガスレーザ（Ｃ０２レーザ）光を照射して単一モード光
ファイバと石英基板光導波路を融着する方法が検討され
ている（清水、“石英基板光導波路と光ファイバとの融
着接続″電子通信学会論文誌、Ｖｏｌ、Ｊ６７−Ｃ、Ｎ
ｏ３　、　ＰＰ、２４７〜２５３　。

１９８４年３月）。

すなわち、（１）Ｇｏ２レーザ１１のビームスポット（
スポットサイズ約１５０μｍ）内に光ファイバ８と石英
基板光導波路１０をセットし、（２）両者の光軸調整を
微動台ＭｆとＭｗによって透過パワーが最大になるよう
に行い、（３）光ファイバ８を光導波路１０に圧着し、
ＣＯ２レーザビームを数秒間照射して融着する方法であ
る。

半導体レーザービーム２１は接続損失測定用の光線、Ｈ
ｅ　−Ｎ　ｅレーザ１２，２２はＣＯ，レーザービーム
位置検出用及び光ファイバ８と導波路１０の光軸調整用
である。

［発明が解決しようとする課題］ 第７図の光ファイバと光導波路の接続は融着による接続
であるので、長期的に高い信頼性を期待することができ
る。しかしながら、本発明者の追試実験によると、次の
ような課題があることがわかった。すなわち、（１）融
着すべき光ファイバと光導波路の両端面を鏡面状態にま
で研磨しておかないと、十分な強度で融着させることが
できなかった。この研磨は時間が非常に長く通常１０時
間以上かかるため、低コスト化が困難であった。（２）
融着前に光ファイバと光導波路を圧着しておかないと、
融着時に表面張力により分離し、融着接続が不可能とな
った。しかし、圧着していると、融着時に位置ずれが生
じ易く、接続損失の再現性に問題があった。（３）光導
波路は半導体プロセスを利用することにより、量産化が
可能であり、低コスト化を期待できる。しかしこの接続
作業は光軸調整に多大の時間がかかるため、全体として
はなかなか低コスト化が困難であるという問題があった
。

本発明の目的は、前記した従来技術の問題点を解決し、
低接続損失値を再現性良く実現できるよう光ファイバと
接続可能な光導波路及びそのように光ファイバの接続さ
れた光導波路並びにそれら光導波路の製造方法を提供す
ることにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明の光導波路の第１の形態は、光導波路の光の伝搬
する屈折率の高いコア層の端面にレーザ光を照射するこ
とによって光ファイバ接続用の穴を設けた構成のもので
ある。この光導波路の製造方法としては、コア層内を伝
搬させることのできるモニタ用光を、穴をあけるコア層
端面より入射させ、該光導波路の反対端面より出射され
た光をモニタしつつ、該モニタ光にＣ０２レーザ光を重
畳させて光フファイバ接続用の穴をあける。この場合、
好ましくは、光導波路の反対端面からもコア層内を伝搬
させることのできるモニタ用光を入゛射させ、他の端面
より出射された光をハーフミラ−を介して分岐してモニ
タしつつ、該２つのモニタ光にＣＯ□レーザ光を重畳さ
せて光ファイバ接続用の穴をあける。

本発明の光導波路の第２の形態は、光導波路のコア層の
端面に設けた光ファイバ接続用の穴に光ファイバの先端
を挿入して接続した形の光導波路である。この形の光導
波路の製造方法としては、光導波路と光ファイバとを接
続するに当り、光ファイバの先端をコア層の端面に挿入
した状態で、ＣＯ２レーザ光をその光ファイバ挿入部付
近に照射することによって、光ファイバと光導波路を融
着接続する。好ましくは、光ファイバと光導波路とを融
着接続するに当り、光ファイバの他端よりモニタ用光を
入射させて、光導波路の出射端より出射された眩光をモ
ニタしつつＣＯ２レーザ光の照射を行う。

［作用］ コア層の端面に設けられる光ファイバ接続用の穴はＣＯ
ｔレーザ光等の適当なレーザ光によって形成されるなめ
、光ファイバを当該穴に挿入するだけでセルフアライメ
ント化ができ、従って再現性が向上する。特にモニタ用
光をコア層端面より入射させてモニタしつつＣ０２レー
ザ光を重畳させて穴をあける方法によれば、出射光を最
大とするための光軸調整が正確となる。この場合の監視
調整を光導波路の反対端面からもモニタ用光を入射させ
モニタすることにより、後に光ファイバを挿入して融着
接続する際の光軸調整をほとんど要しなくなる。

光ファイバと上記光導波路の接続は、まず、光ファイバ
の先端を光ファイバ接続用の穴に挿入することにより行
われるため、融着前に光ファイバと光導波路を圧着して
おく必要がなくなり、また、融着のために光ファイバと
光導波路の両端面を鏡面状態にまで研磨しておく必要性
もなくなる。

光ファイバと光導波路の融着接続は、上記光ファイバ挿
入付近にＣ０２レーザ光を照射することにより行われる
が、圧着によらず接続用の穴に光ファイバを挿入しただ
けの状態であるので、融着時に表面張力により分離して
融着不可能となることがない、また、融着による接続の
ため、長期的に高い信頼性を有する。Ｃ０２レーザ光に
よる融着時に光ファイバの他端より入射させたモニタ用
光をモニタしつつ行うことにより、光結合効率を最も高
くした状態で接続ができる。

本発明の好ましい形態について、概略を説明すれば、次
のようになる。

光ファイバを接続しようとする光導波路のコア部に、ま
ずモニタ用の光を入射させ、該光導波路の出力端から取
り出される光が最大となるように光軸を調整後、該モニ
タ用の光の代りに炭酸ガスレーザ（ＣＯ□レーザ）の光
を該光導波路のコア部に照射させることにより、該コア
部の入力端面に光ファイバ用の穴（くぼみの形態を含む
）を設けさせ、その後に該穴に光ファイバの一端を挿入
し、光ファイバを挿入した穴付近を再度ＣＯ２レーザ光
を照射（あるいは接着材を塗布）して光ファイバと光導
波路を一体的に固定する。

上記光ファイバと光導波路の接続方法によれば、光導波
路のコア内にモニタ用の光（例えば、Ｈｅ−Ｎｅレーザ
光、半導体レーザ光、発光ダイオード光）が最大結合効
率でｗ１振されるように光軸調整を行った後、上記モニ
タ用の光の代りに、同一光路を通るように設定されたＣ
Ｏ２レーザ光を上記コア部に照射させて光ファイバを挿
入できる穴を形成させる。その後、光ファイバを上記穴
に挿入し、光ファイバと光導波路を接着させて一体化（
例えば、ＣＯ□レーザ光による融着、接着剤による接着
等）するので、光ファイバと光導波路の両端面を鏡面状
態に研磨する必要がない、光ファイバを穴に挿入するだ
けでセルフアライメント化ができるので、再現性を向上
させることが可能である。また、低接続損失値を期待で
きる６さらに、ＣＯ２レーザ光による融着の際に位置ず
れの心配がない、また、この位置ずれを心配しなくても
良いことは、量産に適している。

上記した先導波路の材質は石英糸ガラス、多成分系ガラ
スなどのガラス材料、Ｌ　Ｌ　Ｎ　ｂ　Ｏｓ、Ｌ　Ｌ　
Ｔ　ａ　Ｏｓなどの誘電体材料、Ｓｔ、ＧａＡｓ、Ｉｎ
Ｐ、Ｉ　ｎＧａＡｓＰなどの半導体材料を用いることが
できる。

ＣＯｔレーザ先のビームスポット径は数１０μｍ〜数１
００μｍ、好ましい値は２００μｌ以下である。

穴の形状は光ファイバの外径とほぼ等しい円形状、円錐
形状、放物円形状などが好ましい。

光導波路には、埋め込み型、リッジ型、装荷型などのチ
ャンネル光導波路の他に、スラブ導波路であっても良い
、光導波路は単一モード用および多モード用のどちらに
も適用できる。

光ファイバの端面は垂直端面の他に、球形端面、先端球
状テーパファイバなどを用いることができる。

なお、既に触れたように、Ｃ０２レーザ光を照射して穴
をあける際には、上記ＣＯ２レーザ光にモニタ用の光を
重畳させ、光導波路の出力端でそのモニタ用の光出力を
常にモニタしながら、そのモニタ出力が最大となるよう
にしつつＣＯｚレーザ光を照射すれば、より結合効率を
高められる穴を形成することができる。また、本発明の
穴のあけられた光導波路は上記の如く光ファイバと高結
合効率（低損失）で接続するのに極めて適した構造であ
る。

［実施例］ 以下、本発明を図示の実施例について説明する。

第１図〜第３図に光ファイバと光導波路との接続する手
順の一例を示す、光導波路１０はよく知られた導波路型
の方向性結合器６であり、ここではその入出力端部であ
るコア層端面５−１．５−２．５−３および５−４に光
ファイバを接続する方法の例を示したものである。

まず、第１図から説明する。第１図（ａ）は上記先導波
路ＩＯの上面図、第１図（１））はそのコア層３に沿っ
た第１図（ａ）の断面図を示したものである。光導波路
１０は基板１上に形成されたバッファＮＪ２（屈折率ｎ
、）、そのバッファ層２上にパターン化された矩形状の
コア層３（屈折率ｎｃ。

ｎａ＞ｎｂ）、そのコア層３上を全体的に覆ったクラッ
ド層４（屈折率ｎａ、ｎαくｎ、）からなる。

まず、上記先導波路１０に対し、第１図（ａ）（ｂ）に
示すように、コア層３のそれぞれの端面ｓ−ｉ、ｓ−２
，５−３および５−４に、ＣＯ２レーザ光を照射する。

このＣＯ２レーザ光のビームスポット径はコア層３の面
積程度に設定しておく、そして、このＣＯ□レーザ光の
照射により、それぞれの端面５−１〜５−４に光ファイ
バ接続用の穴７をあける。

上記穴フの径は光ファイバを挿入できる径および深さに
形成する。ＣＯ□レーザ光の出力は本実施例では５００
−を用いた。穴７の深さを深くすると、穴周辺にだれを
生じたり、割れを生じたりするので、数１１１１以下が
好ましい。第２図はＣＯ□レーザ光を照射して穴７を形
成した場合の先導波路の断面を示したものである。

次に、第３図（ａ）（ｂ）に示すように上記穴７内に光
ファイバ８（コア８１、クラッド８２からなる）の先端
を挿入し、次に述べる方法により、ＣＯ２レーザ光で光
ファイバと光導波路を融着接続する。

穴７と光ファイバ８の融着部を９で示す。

先に述べたように、この方法では、光を伝搬させるコア
層３の端面に最大結合効率を得るように穴７をあけ、こ
の穴に光ファイバを挿入するので、光軸ずれの心配がな
く、低接続損失で接続することができる。しかも融着時
に光軸ずれの心配がないのも大きな特徴である。

第４図および第５図は、上記光ファイバと光導波路を接
続する場合の光学系の概略を示したものである。このう
ち第４図は、光導波路１０のコア端面５−１〜５−４に
ＣＯ□レーザ光を用いて穴あけを行う装置系を示したも
のである。また第５図は、上記穴に光ファイバを挿入し
、挿入した光ファイバと光導波路の接触面にＣＯｘレー
ザ光を照射して光ファイバと光導波路を一体的に融着す
る装置系を示したものである。

まず、第４図の穴あけ装置系から説明する。光導波路１
０のコア３内に、モニタ用光信号としてＨｅ　−Ｎ　ｅ
レーザ１２の光を、全反射ミラー１３、ハーフミラ−１
４、レンズ１６を介して入射させ、その光導波路１０の
コア３の出射光を、マイクロスコープ１７を介して、パ
ワーメータ１８およびテレビカメラ１９、モニタ用テレ
ビ２０でモニタし、その出射光が最大となるようにＨｅ
　−Ｎ　ｅレーザ１２、全反射ミラー１３、ハーフミラ
−１４、レンズ１６の光軸調整を行う。その後、上記Ｈ
ｅ−Ｎｅレーザ１２の光に重畳させて、ＣＯ□レーザ１
１からのレーザ光をハーフミラ−１４、レンズ１６を介
して光導波路１０のコア３の端面に照射させる。そして
、ＣＯ２レーザ１１のレーザ光のパワーと照射時間を調
節することにより、コア３の入力＃ｉ部に第２図に示し
たような穴７をあける。その穴７の直径、形状、深さは
、上記ＣＯ□レーザ１１の光パワー、照射時間、ＣＯ２
レーザ光のスポット径などによって制御することができ
る。

上記実施例の場合、先導波路１０には基板１に石英ガラ
ス、バッファ層２に５ｔＯｚ　　Ｐ２Ｏ５−８２０，系
ガラス、コア層３に５ｔｏ２−Ｔ　ＬＯｘ系ガラス、ク
ラッド層４に５ｔｏ２−Ｐ２０ｓ　　Ｂ２Ｏ５系ガラス
を用いた。Ｃ０２レーザ光のスポット径は、この実施例
では約１５０μ僧とし、数秒間の照射により、深さ約１
００μｔの円錐状の穴をあけることができた。同様の手
法により、コア端面５−２．５−３．５−４にも穴７を
あけた。

次に第５図の融着装置系に示すように、穴７に光ファイ
バ８（この実施例では、単一モード光ファイバを用い、
その先端をテーパ状に細くシ、最先端部を球状にしたも
のを用いた）を挿入し、その光ファイバ８を挿入した付
近の光ファイバと光導波路の周囲にＣ０２レーザ１１か
らのレーザ光を照射し、光ファイバ８と光導波路１０を
融着させた。Ｃ０２レーザ光はハーフミラ−１４、レン
ズ１６を介し、約２００μｍのビームスポット径にした
。

なお、この融着系では、念のために光ファイバ８の一方
の端から、半導一体レーザ２１あるいはＨｅ　−Ｎ　ｅ
レーザ２２のレーザ光を入射させ、光導波路１０の出射
光をマイクロスコープ１７を介して、パワーメータ１８
及びテレビカメラ１９、モニタテレビ２０によりモニタ
しながら融着を行った。

第６図は本発明の光導波路のコア端面へ六をあける方法
の別の実施例を示したものである。これは、まず、Ｈｅ
−Ｎｅレーザ光１２をハーフミラ−１３，１４、レンズ
１６を介して光導波路１゜のコア３内に入射させ、その
コア３内を伝搬して出射してきた光を単一モード光ファ
イバ８、レンズ２３、ハーフミラ−２４を介してパワー
メータ１８でモニタし、そのモニタ光が最大となるよう
に、上記光学系の光軸を調整しておく０次に、もう１つ
のＨｅ−Ｎｅレーザ光２５をハーフミラ−２４、レンズ
２３、単一モード光ファイバ８を介して上記光導波路１
０の反対端面のコア３内に入射させ、そのコア３内を伝
搬した光をレンズ１６、ハーフミラ−１４，１３を介し
てパワーメータ１５でモニタし、そのモニタ光が最大と
なるように、同様に上記光学系を調整する。

以上のように左右両方の光学系を最適に調整した段階で
、上記Ｈｅ−Ｎｅレーザ光にＣＯ２レーザ光１１を重畳
させるか、あるいはＣＯ２レーザ光１１のみを照射する
かによって光導波路１６のコア３端面に、第２図の如く
穴７をあける。このような光学系で穴をあけると、その
穴に光ファイバを挿入して融着接続するときの光軸調整
をほとんどしないで、簡単に実現できるという特徴があ
る。

［発明の効果］ 本発明によれば、光ファイバと光導波路の両端面を鏡面
状態に研磨する必要がない、光導波路のコア端面にＣ０
２レーザ光で穴あけし、その穴に光ファイバの先端を挿
入し、再度ＣＯ２レーザ光゛をその挿入部周辺に照射す
るだけで融着するので、セルフアライメント化ができ、
大幅な再現性向上を図れる。また、接続損失も低い値を
実現することができる。すなわち、Ｃ０２レーザ光によ
る融着の際の位置ずれの心配がないからである。また本
発明の方法は研磨工程がないので、低コスト化を期待で
き、かつ量産性にも適している。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明の光ファイバと光導波路とを接
続する実施例であり、第１図（ａ）は光導波路のコア層
の端面にＣ０２レーザ光を照射する概略を示す光導波路
の上面図、第１図（ｂ）はそのコア層に沿った断面図、
第２図は上記照射によってコア層の端面に穴をあけた概
略断面図、第３図は上記穴に光ファイバの先端を挿入し
、その挿入した周辺にＣＯ２レーザ光を照射して光ファ
イバと光導波路を融着接続した概略図で、（ａ）は上面
図、（ｂ）は断面図、第４図は本発明に従い光ファイバ
と光導波路を接続する場合の穴あけ装置系を示す概略図
、第５図は融着装置系を示す概略図、第６図は本発明の
光導波路のコア端面へ穴をあける方法の別の実施例を示
す概略図、第７図は従来の光ファイバと光導波路の接続
方法を示す概略図である。 図中、１は基板、２はバッファ層、３はコア層、４はク
ラッド層、５−１〜５−４はコア層の端面、７は光ファ
イバ接続用の穴、８は光ファイバ、９は融着部、１０は
光導波路、１１はＣＯ２レーザ、１２．２５はＨｅ−Ｎ
ｅレーザ、１７はマイクロスコープ、１５．１８はパワ
ーメータ、１９はテレビカメラ、２０はモニタ用テレビ
を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光導波路の光の伝搬する屈折率の高いコア層の端面
   にレーザ光を照射することによって光ファイバ接続用の
   穴を設けたことを特徴とする光導波路。 ２、コア層内を伝搬させることのできるモニタ用光を、
   穴をあけるコア層端面より入射させ、光導波路の反対端
   面より出射された光をモニタしつつ、該モニタ光にＣＯ
   ＿２レーザ光を重畳させて光ファイバ接続用の穴をあけ
   ることを特徴とする請求項１記載の光導波路の製造方法
   。 ３、光導波路の反対端面からもコア層内を伝搬させるこ
   とのできるモニタ用光を入射させ、他の端面より出射さ
   れた光をハーフミラーを介して分岐してモニタしつつ、
   該２つのモニタ光にＣＯ＿２レーザ光を重畳させて光フ
   ァイバ接続用の穴をあけることを特徴とする請求項２記
   載の光導波路の製造方法。 ４、請求項１記載の光導波路のコア層の端面に設けた光
   ファイバ接続用の穴に光ファイバの先端を挿入して接続
   した光導波路。 ５、光導波路と光ファイバとを接続するに当り、光ファ
   イバの先端をコア層の端面に挿入した状態で、ＣＯ＿２
   レーザ光をその光ファイバ挿入付近に照射することによ
   つて、光ファイバと光導波路を融着接続することを特徴
   とする請求項４記載の光導波路の製造方法。 ６、光ファイバと光導波路とを融着接続するに当り、光
   ファイバの他端よりモニタ用光を入射させ、光導波路の
   コア層内を伝搬して光導波路の出射端より出射された該
   光をモニタしつつＣＯ＿２レーザ光照射を行うことを特
   徴とする請求項５記載の光導波路の製造方法。