JPH03233412A - Optical connecting method and laser etching method - Google Patents

Optical connecting method and laser etching method

Info

Publication number
JPH03233412A
JPH03233412A JP3013290A JP3013290A JPH03233412A JP H03233412 A JPH03233412 A JP H03233412A JP 3013290 A JP3013290 A JP 3013290A JP 3013290 A JP3013290 A JP 3013290A JP H03233412 A JPH03233412 A JP H03233412A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
optical
substrate
optical fiber
etching
lithium niobate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP3013290A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Torahiko Kanda
虎彦 神田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
Priority to JP3013290A priority Critical patent/JPH03233412A/en
Publication of JPH03233412A publication Critical patent/JPH03233412A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)

Abstract

PURPOSE:To facilitate optical connections and to reduce connection loss by forming an optical waveguide on a substrate by mechanical grinding and groov ing, then inserting and fixing optical fibers in guide grooves. CONSTITUTION:The guide groove 14 whose center axes are aligned with the light transmission directions of optical waveguides 12 and 13 are formed on a lithium niobate crystal substrate 11 where the optical waveguides 12 and 13 are formed. The optical fibers 17 are inserted into the guide grooves 14 and slid until connection end surfaces 25 of the optical fibers are connected to connection end surface 24 of the optical waveguides to adjust the positions of the optical fibers. Further, the guide grooves 14 restrain the positions of the optical fibers 17, so there is no increase in connection loss due to a position sift until the optical fibers 17 and guide grooves 14 are fixed completely with and adhesive, etc. Consequently, the optical waveguides 12 and 13 and fibers 17 are connected optically in a short time with ease and the connection loss is reducible.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、光接続方法及びレーザエツチング加工方法に
関し、さらに詳しくはニオブ酸リチウム結晶をはじめと
する基板に形成された光導波路と光ファイバーの光接続
方法と、基板に光ファイバーの案内溝等を形成するレー
ザエツチング加工方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Industrial Application Field) The present invention relates to an optical connection method and a laser etching method, and more specifically to an optical connection method and a laser etching method for optical fibers and optical waveguides formed on a substrate such as a lithium niobate crystal. This invention relates to a connection method and a laser etching method for forming optical fiber guide grooves on a substrate.

(従来の技術) 光通信技術の発展に伴って、大容量や多機能を持つ高度
のシステムが求められており、より高度の光信号の発生
や光伝送路の切り替え、交換などの新たな機能の付加が
必要とされている。例えば、光伝送路の切り替えやネッ
トワークの交換機能を得るためには、高機能な光スィッ
チ等の光制御デバイスが必要となる。
(Conventional technology) With the development of optical communication technology, advanced systems with large capacity and multiple functions are required, and new functions such as generation of more advanced optical signals and switching and exchanging of optical transmission lines are required. addition is required. For example, in order to switch optical transmission lines or obtain network switching functions, a highly functional optical control device such as an optical switch is required.

現在実用されている光制御デバイスは主として、プリズ
ム、レンズ、ミラー ファイバーなどを使ったバルク形
のものであり、低速であること、信頼性が不十分、形状
が大きくマトリクス化に不適当の欠点がある。これを解
決する手段として開発が進めらているものは光導波路を
用いた導波形の光制御デバイスであり、高速、多素子の
集積化が可能、高信頼等の特長がある。特にニオブ酸リ
チウム(LiNbOa)結晶等の強誘電体材料を用いた
ものは、光吸収が小さく低損失であること、大きな電気
光学効果を有しているため高効率である等の特長があり
、従来からも方向性結合器型光変調器や光スィッチ、全
反射型光スイッチまたはマツハツエンダ型光変調器等の
種々の方式の光制御デバイスが報告されている。
The light control devices currently in use are mainly bulk type devices using prisms, lenses, mirror fibers, etc., which have the disadvantages of slow speed, insufficient reliability, large size, and unsuitability for matrix formation. be. A waveguide type optical control device using an optical waveguide is being developed as a means to solve this problem, and has features such as high speed, ability to integrate multiple elements, and high reliability. In particular, those using ferroelectric materials such as lithium niobate (LiNbOa) crystals have features such as low light absorption and low loss, and high efficiency because they have a large electro-optic effect. Various optical control devices have been reported in the past, such as a directional coupler type optical modulator, an optical switch, a total internal reflection type optical switch, or a Matsuhatsu Enda type optical modulator.

このような導波形の光制御デバイスを実際の光通信シス
テムに適用する場合、各デバイスの人出力部にあたる先
導波路の接続端面を光ファイバーを介して相互に接続す
ることが実用上不可欠である。接続部において光学的な
結合を低損失に達成するためには、基板上に形成された
光導波路の接続端面を欠けのない高精度な面に加工し、
がっ光導波路と光ファイバーの光透過方向の中心軸を高
精度に合致させて接続する必要がある。
When applying such a waveguide type optical control device to an actual optical communication system, it is practically essential to connect the connecting end surfaces of the guiding waveguides corresponding to the human output part of each device to each other via optical fibers. In order to achieve low-loss optical coupling at the connection part, the connection end surface of the optical waveguide formed on the substrate is processed into a high-precision surface with no chips.
It is necessary to connect the optical waveguide and the optical fiber by aligning their central axes in the light transmission direction with high precision.

一般に光導波路は、ニオブ酸リチウム結晶基板の−z(
0001)に形成され、基板の±x面(2110)及び
(2110)が光導波路の接続端面となる。従来、接続
端面は砥石を用いて機械的に切断加工した後に、遊離砥
粒を用いて切断端面の研磨を行い高精度に加工している
。また光導波路と光ファイバーの接続は、アレイ化した
光ファイバーの接続端面を光導波路の接続端面と同様に
高精度に加工した後、光透過方向の中心軸が合致するよ
うに位置調整を行い、接着剤等で固着する方法がとられ
ている。
Generally, optical waveguides are made of −z(
0001), and the ±x planes (2110) and (2110) of the substrate become connection end faces of the optical waveguide. Conventionally, the connection end surface is mechanically cut using a grindstone, and then the cut end surface is polished using free abrasive grains to achieve high precision processing. In addition, to connect the optical waveguide and optical fiber, after processing the connecting end face of the arrayed optical fiber with high precision in the same way as the connecting end face of the optical waveguide, the position is adjusted so that the central axes in the light transmission direction match, and then the adhesive A method of fixing is used.

(発明が解決しよってする課題) 光導波路と光ファイバーを接続する場合、光導波路や光
ファイバーの光フィールド分布の広がりは10pm以下
であることが多い。このため、低損失な光接続を達成す
るには、両者の光透過方向の中心軸は111m以下程度
の精度で一致するように位置調整を行う必要がある。従
来の技術によれば、上述のように高精度な光接続を達成
するには、多くの調整工数を長い調整時間を要するとい
う課題があった。また位置調整の後、光導波路と光ファ
イバーが完全に固着するまでの間に中心軸の位置ずれが
生じやすく、接続損失の増加が発生しやすいという課題
があった。
(Problems to be Solved by the Invention) When connecting an optical waveguide and an optical fiber, the spread of the optical field distribution of the optical waveguide or the optical fiber is often 10 pm or less. Therefore, in order to achieve a low-loss optical connection, it is necessary to adjust the positions so that the central axes of both in the light transmission direction coincide with each other with an accuracy of about 111 m or less. According to the conventional technology, there is a problem in that a large number of adjustment steps and a long adjustment time are required in order to achieve a highly accurate optical connection as described above. Furthermore, after the position adjustment, the central axis tends to be misaligned until the optical waveguide and the optical fiber are completely fixed to each other, resulting in an increase in connection loss.

また、ニオブ酸リチウム結晶基板は硬脆材料であり、欠
けやクラックが発生しやすい材料である。このため、砥
石で先導波路の接続端面である±x面機械的に切断加工
すると、第2図(b)に示すように切断面の端部、すな
わち光導波路の接続端面24に大規模な欠け18が頻ば
んに発生する。この大規模な欠け18によって、光ファ
イバーとの接続損失は大幅に増加する。このため、従来
は切断加工の後の研磨加工によって、発生した大規模欠
け18を取り除くのに長時間を要していた。
Furthermore, the lithium niobate crystal substrate is a hard and brittle material, and is easily chipped and cracked. For this reason, when the ±x plane, which is the connection end surface of the guiding waveguide, is mechanically cut with a grindstone, a large-scale chip is created at the end of the cut surface, that is, the connection end surface 24 of the optical waveguide, as shown in FIG. 2(b). 18 occurs frequently. This large-scale chip 18 significantly increases connection loss with the optical fiber. For this reason, conventionally, it took a long time to remove the generated large-scale chipping 18 by polishing after cutting.

さらに従来、ニオブ酸リチウム結晶などの基板に微細な
溝加工や穴加工を行うためのレーザエツチング加工方法
として、ニオブ酸リチウム結晶基板に対して熱反応性を
有するエツチング液にニオブ酸リチウム結晶基板を浸し
、アルゴンレーザやYAGレーザ等のレーザビーム光を
照射するレーザエツチング加工方法が知られている(例
えば、特開昭60−278362号公報)。しかしなが
ら、ニオブ酸リチウム結晶基板はアルゴンレーザビーム
光やYAGレーザビームを透過するため、まずレーザビ
ーム光を吸収する物質を含んだエツチング液をレーザビ
ーム光で加熱し、発生した熱によってエツチング加工を
進行させることになる。このようにニオブ酸リチウム結
晶基板のレーザエツチング加工では、レーザビーム光に
よって発生する熱を間接的に利用したエツチング加工で
あるため、−船釣に加工速度が小さく生産性に課題があ
った。
Furthermore, conventionally, as a laser etching method for making fine grooves and holes in substrates such as lithium niobate crystals, lithium niobate crystal substrates are etched in an etching solution that is thermally reactive to lithium niobate crystal substrates. A laser etching method is known in which the material is immersed and irradiated with a laser beam such as an argon laser or a YAG laser (for example, Japanese Patent Laid-Open No. 60-278362). However, since lithium niobate crystal substrates transmit argon laser beam light and YAG laser beam light, first, an etching solution containing a substance that absorbs laser beam light is heated by laser beam light, and the etching process is performed using the generated heat. I will let you do it. As described above, in the laser etching process of a lithium niobate crystal substrate, since the etching process indirectly utilizes the heat generated by the laser beam light, the process speed is low and there is a problem in productivity.

本発明の目的は、上述の従来の光接続方法の課題を解決
し、ニオブ酸リチウム結晶をはじめとする基板に形成さ
れた光導波路とファイバの光接続を容易に、また短時間
で行なえるようにし、接続損失が低酸できるような光接
続方法を提供することにある。さらに本発明は、従来の
技術に比べ、光導波路が形成された基板に、光ファイバ
ーの案内溝を短時間で形成できるレーザエツチング加工
方法を提供することを目的とする。
The purpose of the present invention is to solve the problems of the conventional optical connection method described above, and to enable optical connection between an optical waveguide formed on a substrate such as a lithium niobate crystal and a fiber easily and in a short time. The object of the present invention is to provide an optical connection method with low connection loss. A further object of the present invention is to provide a laser etching method that can form optical fiber guide grooves in a substrate on which an optical waveguide is formed in a shorter time than conventional techniques.

(課題を解決するための手段) 第1の発明は、基板上に形成された先導波路と光ファイ
バーを光学的に結合する光接続方法において、前記基板
上に前記光導波路の光透過方向の中心軸と一致した光フ
ァイバー案内溝をレーザエツチング加工によって形成し
、がっ前記基板に前記光導波路と垂直な光接続端面を機
械的な研削溝入れ加工によって形成した後、前記案内溝
に光ファイバーを挿入、固着することを特徴とする。
(Means for Solving the Problems) A first invention provides an optical connection method for optically coupling a leading waveguide formed on a substrate and an optical fiber, in which a central axis of the optical waveguide in the light transmission direction is formed on the substrate. An optical fiber guide groove that matches the above is formed by laser etching, and an optical connection end face perpendicular to the optical waveguide is formed on the substrate by mechanical grinding and grooving, and then the optical fiber is inserted into the guide groove and fixed. It is characterized by

第2の発明は、ニオブ酸リチウム結晶基板上に形成され
た光導波路と光ファイバーを光学的に接合する光接続方
法において、前記ニオブ酸リチウム結晶基板の光接続端
面となる±x面(2110)及び(2110)は、光導
波路が形成された−z面(000〒)を上面とし、ダウ
ンカット研削法によって結晶軸の−y方向から+y力方
向研削溝入れ加工して形成することを特徴とすることを
特徴とする。
A second invention provides an optical connection method for optically bonding an optical waveguide formed on a lithium niobate crystal substrate to an optical fiber, in which ±x planes (2110) serving as optical connection end faces of the lithium niobate crystal substrate (2110) is characterized by having the −z plane (000〒) on which the optical waveguide is formed as the upper surface, and is formed by grinding and grooving in the +y force direction from the −y direction of the crystal axis using the down cut grinding method. It is characterized by

第3の発明は、基板に微細な溝や穴を形成するレーザエ
ツチング加工方法において、前記基板を該基板に対して
熱反応性を有するエツチング液に浸し、該エツチング液
あるいは前記基板に超音波振動を加えなからレーザビー
ムを照射することを特徴とする。
A third invention is a laser etching method for forming fine grooves and holes in a substrate, in which the substrate is immersed in an etching solution that is thermally reactive to the substrate, and ultrasonic vibration is applied to the etching solution or the substrate. It is characterized by irradiating the laser beam without adding.

(作用) まず第1の発明の作用について、第1図(a)、 (b
)及び(c)を参照して説明する。本発明の光接続方法
では、第1図(c)に示すように、光導波路12及び1
3が形成されたニオブ酸リチウム結晶基板11と同一基
板上に、光導波路12及び13の光透過方向と中心軸の
一致した案内溝14が形成されている。このため、光フ
ァイバー17を案内溝14に挿入して、光ファイバーの
接続端面25が光導波路の接続端面24に接続するまで
光ファイバー17をスライドさせることで、容易に光フ
ァイバーの位置調整が行える。さらに案内溝14は光フ
ァイバー17の位置を拘束するため、接着剤等により案
内溝14と光ファイバー17の固着が完全になるまでの
間に、位置ずれによる接続損失の増加が生じることはな
い。
(Operation) First, regarding the operation of the first invention, FIGS. 1(a) and (b)
) and (c). In the optical connection method of the present invention, as shown in FIG. 1(c), optical waveguides 12 and 1
A guide groove 14 whose central axis coincides with the light transmission direction of the optical waveguides 12 and 13 is formed on the same substrate as the lithium niobate crystal substrate 11 on which the optical waveguides 3 are formed. Therefore, the position of the optical fiber can be easily adjusted by inserting the optical fiber 17 into the guide groove 14 and sliding the optical fiber 17 until the connecting end surface 25 of the optical fiber is connected to the connecting end surface 24 of the optical waveguide. Furthermore, since the guide groove 14 restricts the position of the optical fiber 17, an increase in connection loss due to positional deviation does not occur until the guide groove 14 and the optical fiber 17 are completely fixed with adhesive or the like.

ここで案内溝14は、ニオブ酸リチウム結晶基板11が
アルゴンレーザビーム光15を透過するため、レーザビ
ーム光15を直接ニオブ酸リチウム基板11に照射して
形成することは困難である。イオンビームエツチングや
反応性プラズマエツチング等のドライエツチングでは、
所望する深さの案内溝を得るためには10時間以上にお
よぶ長時間を必要とし、生産性の点で課題が残る。また
案内溝14は、砥石による機械的研削加工を用いた場合
、短時間での加工が期待できるが、案内溝の端面29を
加工する際、砥石の外周部が光導波路の接続端面24も
除去してしまう恐れがあるため、現実的ではない。すな
わち、案内溝14は第1図(a)に示すように、エツチ
ング液22をレーザビーム光15で加熱し、この熱によ
ってエツチング加工を進行させるレーザエツチング加工
法によって、効率よく形成することが可能となる。
Here, since the lithium niobate crystal substrate 11 transmits the argon laser beam 15, it is difficult to form the guide groove 14 by directly irradiating the lithium niobate substrate 11 with the laser beam 15. In dry etching such as ion beam etching and reactive plasma etching,
In order to obtain a guide groove of a desired depth, a long time of 10 hours or more is required, and a problem remains in terms of productivity. Furthermore, when the guide groove 14 is mechanically ground using a grindstone, it can be expected to be processed in a short time; however, when processing the end surface 29 of the guide groove, the outer peripheral part of the grindstone also removes the connection end surface 24 of the optical waveguide. This is not realistic as there is a risk of this happening. That is, as shown in FIG. 1(a), the guide groove 14 can be efficiently formed by a laser etching process in which the etching liquid 22 is heated with a laser beam 15 and the etching process is progressed by this heat. becomes.

次に第2の発明の作用について、第2図(a)及び(b
)を参照して説明する。ニオブ酸リチウム結晶基板11
に形成された光導波路12及び13の接続端面24を砥
石19を用いた機械的な研削加工によって形成する際、
従来の技術によると、光導波路の接続端面24に頻ぽん
に大規模な欠け18が発生する。このため、発生した欠
け18を取り除くために研磨加工を必要とし、光導波路
12及び13と光ファイバー17の光接続に長時間を要
している。ニオブ酸リチウム結晶基板11は、2軸(C
軸)に3回対称のへき開面(1102X1012X01
12)を持ち、研削断面加工や溝入れ加工の際、光導波
路の接続端面24に発生する欠け18は、へき開面に沿
って成長する。ところが本発明者の実験では、光導波路
の接続端面24を光導波路12及び13が形成された−
z面を上面にして、ダウンカット研削法による溝入れに
よって加工する際、−y方向から+y力方向切断する場
合と、+y力方向ら−y方向に切断する場合で、先導波
路の接続端面24に発生ずる欠け18の大きさ、形状に
変化が生じることが明らかになった。
Next, regarding the operation of the second invention, FIGS. 2(a) and (b)
). Lithium niobate crystal substrate 11
When forming the connecting end surfaces 24 of the optical waveguides 12 and 13 formed in the above by mechanical grinding using a grindstone 19,
According to the conventional technology, large-scale chips 18 frequently occur on the connection end surface 24 of the optical waveguide. Therefore, polishing is required to remove the generated chip 18, and it takes a long time to optically connect the optical waveguides 12 and 13 and the optical fiber 17. The lithium niobate crystal substrate 11 has two axes (C
cleavage plane (1102X1012X01
12), and the chip 18 generated on the connection end surface 24 of the optical waveguide during grinding and grooving grows along the cleavage plane. However, in the inventor's experiment, the optical waveguides 12 and 13 were formed on the connection end surface 24 of the optical waveguide.
When processing by grooving using the down cut grinding method with the z plane as the top surface, the connecting end surface 24 of the leading waveguide is It has become clear that the size and shape of the chipping 18 that occurs during the process change.

すなわち、第2図(a)に示すように−y方向がら+y
方向に切断する場合、及び第2図(b)に示すように+
y方向から−y力方向切断する場合では、それぞれ発生
する欠け18が成長する際に沿うへき開面が(1102
)及び(1012)と異なるため、−y方向がら+y方
向に切断することで大規模な欠け18が防止できること
を実験的に確認した。このように、光導波路の接続端面
24を−y力方向ら+y方向に研削溝入れ加工して形成
することで、従来の技術にくらべて、大規模な欠け18
を除去する研磨工程が省略できるため、光導波路12及
び13と光ファイバー17の光接続に要する時間は、大
幅に短縮できる。
That is, as shown in FIG. 2(a), from the -y direction to +y
When cutting in the + direction and as shown in Figure 2 (b)
In the case of cutting from the y direction to the −y force direction, the cleavage plane along which each generated chip 18 grows is (1102
) and (1012), it was experimentally confirmed that large-scale chipping 18 can be prevented by cutting from the -y direction to the +y direction. In this way, by forming the connecting end surface 24 of the optical waveguide by grinding and grooving from the -y force direction to the +y direction, large-scale chips 18 can be avoided compared to conventional techniques.
Since the polishing process for removing the optical fibers can be omitted, the time required for optical connection between the optical waveguides 12 and 13 and the optical fiber 17 can be significantly shortened.

次に第3の発明の作用について第3図(a)及び(b)
を参照して説明する。従来のレーザエツチング加工方法
では、エツチング液22をレーザビーム光15で加熱し
、この熱によってエツチング加工を進行させる間接的加
工であるため加工速度が小さく、生産性に課題があった
。本発明者がレーザエツチング加工点付近27を詳細に
親察したところ、従来の技術ではレーザビーム光15の
、照射によるエツチング液22の沸騰でエツチング液2
2の気泡26が発生し、この気泡26がニオブ酸リチウ
ム結晶基板11の表面近傍に付着して、エツチング液2
2の供給が不十分になること、さらにエツチング加工で
生じた加工屑を含んだエツチング液22がレーザエツチ
ング加工点27の周囲に停滞し、エツチング加工の進行
が鈍化することが加工速度を低くする主な原因であるこ
とが明らかになった。
Next, regarding the effect of the third invention, Fig. 3(a) and (b)
Explain with reference to. In the conventional laser etching method, the etching liquid 22 is heated by the laser beam 15, and the etching process is progressed by this heat, which is an indirect process, so the processing speed is low and there is a problem in productivity. When the inventor of the present invention closely inspected the vicinity of the laser etching processing point 27 in detail, it was found that in the conventional technique, the etching liquid 22 was removed by boiling of the etching liquid 22 due to the irradiation of the laser beam light 15.
2 bubbles 26 are generated, these bubbles 26 adhere to the vicinity of the surface of the lithium niobate crystal substrate 11, and the etching liquid 2
In addition, the etching solution 22 containing processing waste generated during the etching process stagnates around the laser etching processing point 27, slowing down the progress of the etching process, which lowers the processing speed. It turned out to be the main cause.

そこで、本発明のレーザエツチング加工方法では、第3
図(a)に示すように、ニオブ酸リチウム基板11に超
音波振動を加える構成とした。こうすることで、レーザ
エツチング加工点27においてエツチング液22とニオ
ブ酸リチウム結晶基板11のエツチング反応速度を向上
し、発生した気泡26によるレーザビーム光15の散乱
を抑制できる効果を得ている。
Therefore, in the laser etching method of the present invention, the third
As shown in Figure (a), a configuration was adopted in which ultrasonic vibration was applied to the lithium niobate substrate 11. By doing so, the etching reaction rate between the etching liquid 22 and the lithium niobate crystal substrate 11 at the laser etching processing point 27 is improved, and the scattering of the laser beam light 15 by the generated bubbles 26 can be suppressed.

すなわち、第3図(b)に示すように、超音波振動のか
くはん効果によって、ニオブ酸リチウム結晶基板llへ
の気泡26の付着は防止できる。よってレーザビーム光
15を繰り返し照射する場合のレーザビーム光15の散
乱が防止でき、レーザエツチング加工点27へのエツチ
ング液22の供給が十分に行われる。またエツチング液
22に微細な振動が加わることでエツチング反応の進行
速度が増加するため、加工速度は向上する。この結果、
第3の発明のレーザエツチング方法によって、加工速度
が低く生産性に課題があった従来の技術に比べて、加工
速度は2倍以上に向上することを実験的に確認した。
That is, as shown in FIG. 3(b), the adhesion of air bubbles 26 to the lithium niobate crystal substrate 11 can be prevented by the stirring effect of ultrasonic vibration. Therefore, scattering of the laser beam 15 when repeatedly irradiated with the laser beam 15 can be prevented, and the etching liquid 22 can be sufficiently supplied to the laser etching processing point 27. Furthermore, since the etching reaction speed increases by applying minute vibrations to the etching liquid 22, the processing speed is improved. As a result,
It has been experimentally confirmed that by the laser etching method of the third invention, the processing speed is more than doubled compared to the conventional technology which had low processing speed and had problems with productivity.

(実施例) 以下、本発明の実施例について、図面を参照して詳細に
説明する。
(Example) Hereinafter, an example of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

第1図(a)、 (b)及び(e)は、本発明による光
接続方法の一実施例を示す図であり、(a)及び(b)
はそれぞれ、光ファイバー17の案内溝14の加工方法
を示す断面図、及び光導波路の接続端面24の加工方法
を示す斜視図を、(c)は案内溝14に光ファイバー1
7を挿入した状態の斜視図を示す。第2図(a)、 (
b)はそれぞれ、ニオブ酸リチウム結晶基板11のX面
を、結晶軸の−yから+y方向に研削溝入れ加工した斜
視図、及び+yから−y方向に研削溝入れ加工した斜視
図を示す。また第3図(a)及び(b)はそれぞれ、本
発明のレーザエツチング加工方法の一実施例を示す正面
図及び加工部拡大断面図である。
FIGS. 1(a), (b) and (e) are diagrams showing an embodiment of the optical connection method according to the present invention, and FIGS.
(c) is a cross-sectional view showing a method of processing the guide groove 14 of the optical fiber 17, and a perspective view showing a method of processing the connection end surface 24 of the optical waveguide.
7 is shown in a perspective view with the device inserted. Figure 2 (a), (
b) shows a perspective view in which the X plane of the lithium niobate crystal substrate 11 is ground and grooved in the -y to +y direction of the crystal axis, and a perspective view in which the X-plane is ground and grooved in the +y to -y direction of the crystal axis, respectively. FIGS. 3(a) and 3(b) are a front view and an enlarged sectional view of a processed portion, respectively, showing an embodiment of the laser etching method of the present invention.

第1図において、ニオブ酸リチウム結晶基板11の−z
面上にチタン拡散による光導波路12及び13が形成さ
れている。光導波路の幅及び深さは、共に6から9pm
程であり、光導波路12及び13の上面には機械的な研
削加工によって発生する大規模な欠け18が光導波路の
接続端面24を損傷することを抑制するため、第2図(
a)及び(b)に示すように、予めlpm厚程のSiO
2蒸着膜21による保護膜が設けられている。保護膜は
SiO2蒸着膜21のほかにスパッタ膜やAl2O3の
蒸着膜、スパッタ膜でも同様の効果が得られる。なお保
護膜の膜厚は、欠け18の防止の点からは厚いほうが望
ましい。しかし膜厚が厚くなる程、長い成膜時間が必要
となり成膜コストが高くなるため、本実施例ではIpm
厚とした。
In FIG. 1, −z of the lithium niobate crystal substrate 11
Optical waveguides 12 and 13 are formed on the surface by titanium diffusion. The width and depth of the optical waveguide are both 6 to 9 pm.
The top surfaces of the optical waveguides 12 and 13 are shown in FIG.
As shown in a) and (b), a SiO layer with a thickness of lpm is prepared in advance.
A protective film made of two vapor-deposited films 21 is provided. As the protective film, in addition to the SiO2 vapor deposited film 21, a sputtered film, an Al2O3 vapor deposited film, or a sputtered film can also be used to obtain the same effect. Note that the thickness of the protective film is preferably thicker from the viewpoint of preventing chipping 18 . However, the thicker the film, the longer the film formation time is required and the film formation cost increases.
Made thick.

まず光ファイバー17の案内溝14を第1図(a)に示
すようにレーザエツチング加工によって形成した。レー
ザエツチング加工方法は、第3図(a)に示すようにレ
ーザビーム光15に出力1.5Wのアルゴンレーザを使
用し、集光レンズ16によってビーム径を5pmに集光
して、ニオブ酸リチウム結晶基板11の裏面側から照射
した。エツチング液22には、ニオブ酸リチウム結晶基
板11と熱反応性を有する水酸化カリウム水溶性液(重
量濃度40%)に、レーザビーム光15の吸収体として
作用する炭素粉末(重量濃度1%)を混入し、ニオブ酸
リチウム結晶基板11と回転運動をするガラス円盤23
の隙間に供給した。
First, the guide groove 14 for the optical fiber 17 was formed by laser etching as shown in FIG. 1(a). As shown in FIG. 3(a), the laser etching method uses an argon laser with an output of 1.5 W as the laser beam 15, condenses the beam diameter to 5 pm with a condenser lens 16, and etches the lithium niobate. Irradiation was performed from the back side of the crystal substrate 11. The etching solution 22 includes a potassium hydroxide aqueous solution (weight concentration 40%) that is thermally reactive with the lithium niobate crystal substrate 11, and carbon powder (weight concentration 1%) that acts as an absorber for the laser beam 15. A glass disk 23 mixed with lithium niobate crystal substrate 11 and rotates
It was supplied to the gap between

アルゴンレーザによるレーザビーム光15は、ニオブ酸
リチウム結晶基板11を透過するが、炭素粉末を含んだ
エツチング液22には吸収されるため、エツチング液2
2が加熱され、エツチング加工が進行する。ここでガラ
ス円盤23は、新鮮なエツチング液22を適切な流速で
エツチング加工点27の周囲に供給する効果がある。レ
ーザエツチング加工点27でのガラス円盤23の周速度
は1mm/sとした。またニオブ酸リチウム結晶基板1
1には、ランジュバン型超音波振動子28及び高周波電
源31によって周波数50KHz、振動パワー7Wの超
音波振動を印加した。振動パワーは、キャビテーション
による大量の気泡発生を防止するため、キャビテーショ
ンが起こらない程度の大きさにした。なお、ニオブ酸リ
チウム結晶基板11とガラス円盤23の隙間dは、2.
5mmとし、ニオブ酸リチウム結晶基板11は送りテー
ブル20によって3mm/min以上の送り速度で走査
しながら、レーザビーム光15を照射を繰り返し行った
The laser beam 15 from the argon laser passes through the lithium niobate crystal substrate 11, but is absorbed by the etching liquid 22 containing carbon powder.
2 is heated and the etching process progresses. Here, the glass disk 23 has the effect of supplying fresh etching liquid 22 around the etching point 27 at an appropriate flow rate. The peripheral speed of the glass disk 23 at the laser etching point 27 was 1 mm/s. Also, lithium niobate crystal substrate 1
1, ultrasonic vibration with a frequency of 50 KHz and a vibration power of 7 W was applied by a Langevin type ultrasonic vibrator 28 and a high frequency power source 31. In order to prevent the generation of a large amount of bubbles due to cavitation, the vibration power was set to a level that would not cause cavitation. Note that the gap d between the lithium niobate crystal substrate 11 and the glass disk 23 is 2.
5 mm, and the lithium niobate crystal substrate 11 was repeatedly irradiated with the laser beam 15 while being scanned by the feeding table 20 at a feeding speed of 3 mm/min or more.

以上の実施例によって、ニオブ酸リチウム結晶基板11
に、深さ65pm、幅130pm、長さ4mm程の案内
溝14を2本形成した。加工に要した時間は10分程度
であり、同一の案内溝を従来の技術で形成した場合に比
べて、加工時間は1/2以下に向上した。なお本実施例
では、超音波振動をニオブ酸リチウム結晶基板11に直
接印加したが、エツチング容器30に超音波振動子28
を取り付け、エツチング液22に振動を印加しても同様
な効果が得られた。
According to the above embodiment, the lithium niobate crystal substrate 11
Two guide grooves 14 having a depth of 65 pm, a width of 130 pm, and a length of about 4 mm were formed in the. The time required for machining was approximately 10 minutes, which was reduced to less than half of the time required to form the same guide groove using conventional techniques. In this example, ultrasonic vibrations were applied directly to the lithium niobate crystal substrate 11, but an ultrasonic vibrator 28 was applied to the etching container 30.
A similar effect was obtained by applying vibration to the etching solution 22.

次に、光導波路12及び13の接続端面24となるX面
を、第1図(b)において示すように、砥石19を用い
た研削溝入れ加工によって形成した。加工は、ダイヤモ
ンド砥粒径約311m、外径76mm、幅0.5mmの
砥石を用いて行った。切込み約1mm、送り速度は6m
m/minとし、光導波路12及び13が形成された−
z面を上面としてダウンカット研削法でニオブ酸リチウ
ム結晶基板11の結晶軸の−yから+y方向に溝入れし
た。第2図(a)に示すように、光導波路の接続端面2
4には大規模な欠け18は発生せず、発生した欠け18
の大部分も予め形成したlpm厚のSiO2蒸着膜21
に発生し、光導波路の接続端面24を高精度に形成でき
た。
Next, the X plane, which will become the connecting end surface 24 of the optical waveguides 12 and 13, was formed by grinding and grooving using a grindstone 19, as shown in FIG. 1(b). The processing was performed using a grindstone with a diamond abrasive grain diameter of approximately 311 m, an outer diameter of 76 mm, and a width of 0.5 mm. Depth of cut approximately 1mm, feed speed 6m
m/min, and optical waveguides 12 and 13 were formed.
Grooves were made in the -y to +y direction of the crystal axis of the lithium niobate crystal substrate 11 using the down-cut grinding method with the z-plane as the top surface. As shown in FIG. 2(a), the connection end surface 2 of the optical waveguide
4, no large-scale chipping 18 occurred, and the chipping 18 that did occur
Most of the SiO2 vapor deposited film 21 with lpm thickness is also formed in advance.
The connection end face 24 of the optical waveguide could be formed with high precision.

この結果、接続損失は所望する2dB未満が遠戚され、
従来の技術で必要であった研磨工程が省略でき、加工時
間を大幅に低減できた。なお、比較のため第2図(b)
を示すように、±x面を+yから−y方向に研削溝入れ
加工したところ、光導波路の接続端面24には大幅な欠
け18が多数発生してSiO□蒸着膜21を突き抜け、
光導波路の接続端面24を頻ばんに損傷した。なお、本
実施例では、案内溝14を形成した後に、光導波路の接
続端面24を形成したが、この順序を逆にしてもよい。
As a result, the connection loss is reduced to less than the desired 2 dB,
The polishing process required with conventional technology can be omitted, significantly reducing processing time. For comparison, Figure 2(b)
When the ±x plane was ground and grooved in the +y to -y direction as shown in , many large chips 18 were generated on the connection end surface 24 of the optical waveguide, penetrating the SiO□ vapor deposited film 21, and
The connection end face 24 of the optical waveguide was frequently damaged. In this embodiment, the connection end surface 24 of the optical waveguide was formed after the guide groove 14 was formed, but this order may be reversed.

次に、第1図(C)に示すように、案内溝14の中に直
径125pm、コア径1011m以下の光ファイバー1
7を挿入し、光ファイバーの接続端面25が光導波路の
接続端面24に接するまでスライドさせて、接着剤で固
着した。案内溝14は、光ファイバー17と光導波路1
2及び13の光透過方向の中心軸がほぼ一致するように
設定されている。このため従来の技術では必要であった
光ファイバー17の位置調整が大幅に省略可能となり、
光導波路12及び13との接続に要する時間を大幅に低
減できた。また、光ファイバー17を接着剤で固着する
際、従来の技術ではたびたび発生していた光ファイバー
17の位置ずれを防止でき、位置ずれによって発生する
接続損失も低減できた。
Next, as shown in FIG. 1(C), an optical fiber 1 with a diameter of 125 pm and a core diameter of 1011 m or less is inserted into the guide groove 14.
7 was inserted and slid until the connecting end surface 25 of the optical fiber came into contact with the connecting end surface 24 of the optical waveguide, and was fixed with an adhesive. The guide groove 14 connects the optical fiber 17 and the optical waveguide 1.
The center axes of the light transmitting directions of the lenses 2 and 13 are set to substantially coincide with each other. Therefore, the position adjustment of the optical fiber 17, which was necessary in the conventional technology, can be largely omitted.
The time required for connection with the optical waveguides 12 and 13 could be significantly reduced. Further, when the optical fiber 17 is fixed with an adhesive, it is possible to prevent the optical fiber 17 from being displaced, which often occurs with conventional techniques, and it is also possible to reduce connection loss caused by positional displacement.

以上の実施例においては、光導波路が形成された基板と
してニオブ酸リチウム結晶を用いたが、ガラス基板や半
導体基板などの他の基板を使用しても本発明を適用でき
ることを確証した。
In the above embodiments, a lithium niobate crystal was used as the substrate on which the optical waveguide was formed, but it was confirmed that the present invention can be applied to other substrates such as glass substrates and semiconductor substrates.

次に第3の発明のレーザエツチング加工方法の第2の実
施例について、第4図(a)及び(b)を参照して説明
する。本実施例では、磁気ヘッドのスライダとして多用
されるアルミナチタンカーバイド(A1203−TiC
)基板32に、縦L1=0.5mm、横L2=0.5m
m、深さ40pm程の矩形状の溝33を加工した。
Next, a second embodiment of the laser etching method of the third invention will be described with reference to FIGS. 4(a) and 4(b). In this example, we used alumina titanium carbide (A1203-TiC), which is often used as a slider for magnetic heads.
) On the board 32, vertical L1 = 0.5 mm, horizontal L2 = 0.5 m
A rectangular groove 33 with a depth of about 40 pm and a depth of 40 pm was machined.

ここでアルミナチタンカーバイド基板32はアルゴンレ
ーザビーム光15を吸収するので、エツチング液22に
レーザビーム光15を吸収する炭素粉末を混入する必要
はなく、第4図(a)に示すようにガラス円盤23の上
方からレーザビーム光15を照射した。
Here, since the alumina titanium carbide substrate 32 absorbs the argon laser beam 15, there is no need to mix carbon powder that absorbs the laser beam 15 into the etching solution 22, and as shown in FIG. A laser beam 15 was irradiated from above 23.

アルゴンレーザの出力を1.5W、  ビーム径を5p
m。
Argon laser output 1.5W, beam diameter 5p
m.

超音波振動のパワーを7W、ガラス円盤23の周速を1
mm/min、アルミナチタンカーバイド基板32とガ
ラス円盤23の隙間dを2.5mmとして、送りテーブ
ル20の送り速度3mm/min以上で、レーザビーム
光15を繰り返し照射、走査した。
The power of the ultrasonic vibration is 7W, and the circumferential speed of the glass disk 23 is 1.
mm/min, the gap d between the alumina titanium carbide substrate 32 and the glass disk 23 was set to 2.5 mm, and the laser beam 15 was repeatedly irradiated and scanned at a feed rate of the feed table 20 of 3 mm/min or more.

その結果、第4図(b)に示した溝33の加工に要した
時間は、やはり従来の技術に比べて172以下に低減で
きた。
As a result, the time required to process the groove 33 shown in FIG. 4(b) was reduced to 172 seconds or less compared to the conventional technique.

(発明の効果) 以上述べたように、本発明の光接続方法では、ニオブ酸
リチウム結晶をはじめとする基板に形成された光導波路
と光ファイバの光接続が従来より容易に短時間で行なえ
、接続損失を低減できる。
(Effects of the Invention) As described above, in the optical connection method of the present invention, optical connection between an optical waveguide formed on a substrate such as a lithium niobate crystal and an optical fiber can be performed more easily and in a shorter time than before. Connection loss can be reduced.

また本発明のレーザエツチング加工方法では、従来のレ
ーザエツチング加工方法に比べ、基板に光ファイバーの
案内溝等を短時間で形成できる。
Furthermore, the laser etching method of the present invention allows optical fiber guide grooves and the like to be formed on the substrate in a shorter time than conventional laser etching methods.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図(a)、(b)及び(C)は、本発明による光接
続方法の一実施例を示す図であり、(a)及び(b)は
それぞれ、案内溝加工方法を示す断面図、及び光接続端
面の加工方法を示す斜視図であり、(C)は案内溝に光
ファイバーを挿入した斜視図を示す。第2図(a)及び
(b)はそれぞれ、ニオブ酸リチウム結晶基板のX面を
、結晶軸の−yから+y方向、及び+yから−y方向に
研削溝入れ加工した斜視図を示す。また第3図(a)及
び(b)はそれぞれ、本発明のレーザエツチング加工方
法の第一の実施例を示す正面図及び加工部拡大断面図で
あり、第4図(a)及び(b)はそれぞれ本発明のレー
ザエツチング加工方法の第二の実施例を示す正面図及び
形成した溝の形状を示す斜視図である。 図において、11・・・ニオブ酸リチウム結晶基板、1
2、13・・・光導波路、14・・・案内溝、15・・
・レーザビーム光、16・・・集光レンズ、17・・・
光ファイバー、18・・・欠け、19・・・砥石、20
・・・送りテーブル、21・・・SiO2蒸着膜、22
・・・エツチング液、23・・・ガラス円盤、24・・
・光導波路の接続端面、25・・・光ファイバーの接続
端面、26・・・気泡、27・・ルーザエッチング加工
点、28・・・超音波振動子、29・・・案内溝の端面
、30・・・エツチング液容器、31・・・高周波電源
、32・・・アルミナチタンカーバイド基板、33・・
・溝をそれぞれ示す。
1(a), (b), and (C) are diagrams showing an embodiment of the optical connection method according to the present invention, and (a) and (b) are sectional views showing the guide groove processing method, respectively. , and a perspective view showing a method of processing an optical connection end face, and (C) shows a perspective view of an optical fiber inserted into a guide groove. FIGS. 2(a) and 2(b) are perspective views of a lithium niobate crystal substrate in which the X plane is ground and grooved in the -y to +y direction and the +y to -y direction of the crystal axis, respectively. Furthermore, FIGS. 3(a) and (b) are a front view and an enlarged cross-sectional view of a processed part, respectively, showing a first embodiment of the laser etching processing method of the present invention, and FIGS. 4(a) and (b) 2A and 2B are a front view showing a second embodiment of the laser etching method of the present invention and a perspective view showing the shape of the grooves formed, respectively. In the figure, 11... lithium niobate crystal substrate, 1
2, 13... Optical waveguide, 14... Guide groove, 15...
・Laser beam light, 16... Condensing lens, 17...
Optical fiber, 18...Chip, 19...Whetstone, 20
...Feeding table, 21...SiO2 vapor deposited film, 22
...Etching liquid, 23...Glass disk, 24...
- Connection end face of optical waveguide, 25... Connection end face of optical fiber, 26... Air bubble, 27... Loser etching processing point, 28... Ultrasonic transducer, 29... End face of guide groove, 30. ...Etching liquid container, 31...High frequency power supply, 32...Alumina titanium carbide substrate, 33...
・Show each groove.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1)基板上に形成された光導波路と光ファイバーを光学
的に結合する光接続方法において、前記基板上に前記光
導波路の光透過方向の中心軸と一致した光ファイバー案
内溝をレーザエッチング加工によって形成し、かつ前記
基板に前記光導波路と垂直な光接続端面を機械的な研削
溝入れ加工によって形成した後、前記案内溝に光ファイ
バーを挿入、固着することを特徴とする光接続方法。 2)ニオブ酸リチウム結晶基板の光接続端面となる±x
面(2@11@0)及び(@2@110)は、光導波路
が形成された−z面(000@1@)を上面とし、ダウ
ンカット研削法によって結晶軸の−y方向から+y方向
に研削溝入れ加工して形成することを特徴とする請求項
1記載の光接続方法。 3)基板に微細な溝や穴を形成するレーザエッチング加
工方法において、前記基板を該基板に対して熱反応性を
有するエッチング液に浸し、該エッチング液あるいは前
記基板に超音波振動を加えながらレーザビームを照射す
ることを特徴とするレーザエッチング加工方法。
[Scope of Claims] 1) In an optical connection method for optically coupling an optical waveguide formed on a substrate and an optical fiber, an optical fiber guide groove is provided on the substrate, the optical fiber guide groove coinciding with the central axis of the optical waveguide in the light transmission direction. An optical connection formed by laser etching, and after forming an optical connection end face perpendicular to the optical waveguide on the substrate by mechanical grinding and grooving, an optical fiber is inserted into the guide groove and fixed. Method. 2) ±x which becomes the optical connection end face of the lithium niobate crystal substrate
The planes (2@11@0) and (@2@110) have the -z plane (000@1@) on which the optical waveguide is formed as the upper surface, and are cut from the -y direction of the crystal axis to the +y direction by the down-cut grinding method. 2. The optical connection method according to claim 1, wherein the optical connection method is formed by grinding and grooving. 3) In a laser etching method for forming fine grooves and holes in a substrate, the substrate is immersed in an etching solution that is thermally reactive to the substrate, and a laser is applied to the etching solution or the substrate while applying ultrasonic vibrations. A laser etching processing method characterized by beam irradiation.
JP3013290A 1990-02-08 1990-02-08 Optical connecting method and laser etching method Pending JPH03233412A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3013290A JPH03233412A (en) 1990-02-08 1990-02-08 Optical connecting method and laser etching method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3013290A JPH03233412A (en) 1990-02-08 1990-02-08 Optical connecting method and laser etching method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH03233412A true JPH03233412A (en) 1991-10-17

Family

ID=12295252

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP3013290A Pending JPH03233412A (en) 1990-02-08 1990-02-08 Optical connecting method and laser etching method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH03233412A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0806686A1 (en) * 1996-05-10 1997-11-12 Commissariat A L'energie Atomique Method and device for positioning and fixing optical fibers

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0806686A1 (en) * 1996-05-10 1997-11-12 Commissariat A L'energie Atomique Method and device for positioning and fixing optical fibers
FR2748574A1 (en) * 1996-05-10 1997-11-14 Commissariat Energie Atomique METHOD AND DEVICE FOR POSITIONING AND HOLDING OPTICAL FIBERS

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0863231B1 (en) A process for dicing a preform made of an oxide single crystal, and a process for producing functional devices
US20110084047A1 (en) Methods For Fabrication Of Large Core Hollow Waveguides
US5059763A (en) Formation of optical quality surfaces in optical material
CN109149047A (en) A kind of preparation method of the ultra-fine rib waveguide of on piece low-loss
JPH03233412A (en) Optical connecting method and laser etching method
JP2985393B2 (en) Polishing method for multi-core optical connector
Grenier et al. Ultrafast laser processing of glass waveguide substrates for multi-fiber connectivity in co-packaged optics
EP0816880A2 (en) A process for producing optical waveguide substrate
WO1992009912A1 (en) Pigtailing optical fiber
JP2011523596A (en) Method for making a microscale optical structure
CN110133798A (en) The method that ridge optical waveguide is prepared using diamond dicing saw
JP2564836B2 (en) Method of coupling substrate of optical integrated circuit and optical fiber
JP2007017751A (en) Optical waveguide module and its manufacturing method
JPS63115113A (en) Connection structure between light guide and optical fiber
US5177859A (en) Method for manufacturing high-precision end faces on waveguides
JPH04315109A (en) Optical connector and working method thereof
JPH03192308A (en) Grinding and cutting method for optical waveguide substrate
JP3752088B2 (en) Optical component and method and apparatus for polishing end surface of optical component
JPH01107219A (en) Optical fiber connecting structure of optical circuit substrate
KR100315477B1 (en) Formation method of waveguide facet
CN113285201B (en) Preparation method and system of micron-sized rectangular waveguide
JP2535930B2 (en) Grooving method for brittle members
JP3748330B2 (en) Optical waveguide substrate and manufacturing method thereof
JPS597558A (en) Polishing method of end face of light waveguide crystal
JPH0319768A (en) Superprecision mirror surface processing method