JPH03265804A - 光導波路と光ファイバとの接続方法 - 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、光通信分野等で用いる導波型光部品を構成す
る光導波路と入出力光ファイバとの接続方法に関する。

（従来の技術） 光通信技術の進展に伴い、従来の光源、光ファイバ、受
光器に加えて、光分岐素子や光スィッチ、光合分波器等
の多様な光部品か要求されている。

これらの光部品を実現する形態としては、バルク型、フ
ァイバ型、導波型の三つか考えられるか、小形、安定性
、量産性、規模拡張性等の観点から、将来は導波型が重
要な役割を果たすものと期待されている。現在、導波型
の光部品を実用化するうえての最大の問題点は、導波型
光部品を構成する光導波路と入出力用の光ファイバとを
、いかに効率良く、しかも安定に接続するかという点に
ある。

これまでにも、光導波路と光ファイバの接続方法として
、融着法や接着剤法等の多彩な方法か試みられているか
、なかでも接着開広は、低コスト化の点で有望視されて
いる。接着剤を迅速に硬化させるために、通常、光硬化
性（紫外光硬化性）の接着剤が用いれる。

第４図は、従来採用されている光導波路と光ファイバと
の接続方法の説明図であって、１は光導波路付き基板、
ｌａ、　Ｉｂは基板１の上の光導波路、１１ａ、　Ｉｌ
ｂおよび１２ａ、　１２ｂは光導波路１ａ、　Ｉｂに接
続すべき光ファイバ、２は基板１を固定する基台、３ａ
、、　３ｂはそれぞれ光ファイバ１．Ｉａ、　　］、ｌ
ｂを保持し、光導波路Ｉａ、　１．ｂの一端に光軸合わ
せする微動装置アーム、４ａ、　４ｂはそれぞれ光ファ
イｚ＜１２ａ、　１２ｂを保持し、光導波路Ｉａ、　Ｉ
ｂの他端に光軸合わせする微動装置アーム、５ａ、　５
ｂはモニタ光源、６ａ、　６ｂはモニタ受光器、７は紫
外光照射プローブである。

接続方法としては、基台２に設置した基板１の上の光導
波路Ｉａ、　Ｉｂの両端に、微動装置アーム３ａ。

３ｂ、４ａ、　４ｂに保持した光ファイバＩｌａ、　ｌ
ｌｂ、　１２ａ。

１．２ｔ）を近づける。この際、光ファイバｌａ、　ｌ
ｂの一端からはモニタ光源５ａ、　５ｂからのモニタ光
を導入し、このモニタ光か導波路１ａ、　Ｉｂ、続いて
光ファイバ１２ａ、　　＋２ｂを経由して出射される強
度をモニタ用受光器６ａ、　６ｂにより検出する。検出
光の強度情報は、フィードバック制副装置（図示を省略
）にて処理されて微動装置アーム３ａ、　３ｂ、４ａ、
　４ｂを駆動して、光ファイバＩｌａ、　　Ｊｉｂ、　
１２ａ、１２ｂを光導波路Ｉａ、　ｌｂに対して最適位
置に光軸合わせするのに用いれる。光ファイバ］、］ａ
、　Ｉｌｂ、］、２ａ、１２ｂの端部と光導波路１ａ、
　Ｉｂの端部との間には屈折率整合剤を兼ねて紫外光硬
化性接着剤８ａ、　８ｂ、９ａ、　９ｂか塗布されてお
り、光軸合わせか完了した時点て、紫外光照射プローブ
７から紫外光か突合せ光軸合わせ部に順次照射され接着
剤を固化させるのである。

前記の従来の装置および方法により、光導波路と光ファ
イバとの接続か確かに達成されるか、実際上、紫外光照
射時に光軸かすれる次のような問題かあった。

（発明が解決しようとする課題） 第５図は、第４図に示した従来の光導波路と光ファイバ
との接続方法における光ファイバ・光導波路接続部近傍
の部分断面拡大図である。ここて光導波路１ａは基板Ｉ
の上のクラッド層２ａに埋設されており、光ファイバｌ
ｌａの中心部のコア部２１ａと光軸合わせされている。

光軸合わせした突合せ部に紫外線硬化性接着剤８ａか塗
布され、紫外光照射プローブ７から紫外光７ａを照射す
ることにより、接着剤８ａか硬化する。ここで、接着剤
８ａか硬化する際に、紫外光照射プローブに近い側の接
着剤領域か先に硬化を開始し、遠い側の接着剤か硬化す
るのが遅れるので、折角の光軸合わせか接着剤硬化時に
狂ってしまうという問題かあった。これは、接着剤８ａ
か硬化する際に通常、体積減少を伴い、先に硬化を開始
した側に光ファイバｌｌａか引っ張られるためと考えら
れる。これは、コア寸法の小さい単一モード光導波路に
単一モード光ファイバを接続する場合に特に深刻な問題
であり、接続損失が最小になるように光軸合わせした段
階から、接続損失かｌｄＢ〜５ｄＢ程度も増加してしま
う問題かあった。この問題を回避するために、これまで
にも、紫外光か接続部に均一に当たるように光拡散板を
接続部近傍に設置したり、多方向から同時に紫外光を照
射する試みもなされたか、いずれも本質的な解決策とは
ならなかった。

そこで本発明の課題は、上記の欠点を解決し、光照射時
の光軸ずれを伴わない光導波路と光ファイバとの接続方
法を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明の光導波路と光ファイバとの接続方法は、光硬化
性接着剤を硬化させる励起光（通常は紫外光）を、光導
波路に接続すべき光ファイバを経由して光軸合わせ（突
合せ部）にまで導く。そして突合せ部に導かれた励起光
は、突合せ部の光導波路・光ファイバの界面に介在する
接着剤を優先的に硬化させる。

励起光は光ファイバのコアガラス部のみならす、光ファ
イバクラッドガラス部にも伝搬させることかできる。

光ファイバのクラッドカラス部にまで効率よく励起光を
伝搬させるために、クラッドガラス部を、クラッドカラ
ス部よりも屈折率の小さいプラスチッつて被覆した光フ
ァイバを用いることもてきる。

また光ファイバとして、コアガラス部とこれを取り囲む
第１クラツドガラスと、さらに第１のクラッドガラス部
を取り囲み、屈折率か第１クラッドガラス部より低い第
２クラッド部からなる光ファイバを用いることもてきる
。

（作　用） 本発明は、光ファイバ自体を経由して励起光を接続部ま
で送り込む点て、接続部の側方から励起光を照射してい
た従来例と大きく異なる。本発明の接続方法では、光導
波路と光ファイバを接続するうえて最重要な光導波路・
光ファイバの界面の接着剤のみを優先的に、かつ−様に
硬化させるので、接着剤の硬化時に光ファイバが軸ずれ
してしまう現象は、完全に抑制される。

光硬化性接着剤を硬化させる励起光としては、往々にし
て紫外光か用いられるか、光ファイバ、特に石英系光フ
ァイバは、紫外光の波長域においても優れた透光性を有
している。単一モード光ファイバの場合には、コア寸法
か１０μｍ程度と小さいのて、コアガラス部のみに励起
光を伝搬させるのでは、界面ての接着面積か不足する場
合かあるか、この場合には、光ファイバクラッドガラス
部にまで励起光を伝搬させるのか得策であり、前述した
ような仕様の光ファイバを用い、界面の接着剤硬化面積
を大きくとるとよい。

（実施例） 以下に、光導波路としてシリコン基板上に形成した石英
系光導波路を使用した本発明の具体的実施例について説
明する。石英系光導波路は、石英系光ファイバとの屈折
率整合性に優れ、実用的な導波型光部品を提供できるか
、本発明は、このような石系光導波路のみに適用か限定
されるものではないこともち論である。

第１図は、本発明の光導波路と光ファイバとの接続方法
の実施例の説明図であって、１は光導波路付き基板、Ｉ
ａ、　Ｉｂは基板ｌの上の光導波路、１ｌａ１１ｂおよ
び１２ａ、　１２ｂは光導波路１ａ、　ｌｂに接続すべ
き光ファイバ、２は基板１を固定する基台、３ａ、　３
ｂはそれぞれ光ファイバ］、］、ａ、　Ｉｌｂを保持し
、光導波路Ｉａ、　Ｉｂの一端に光軸合わせする微動装
置アーム、４ａ、　４ｂはそれぞれ光ファイバ１２ａ、
　１２ｂを保持し、光導波路Ｉａ、　Ｉｂの他端に光軸
合わせする微動装置アームである。また３１ａは紫外光
源であり、この紫外光源からの紫外光は、光合波器３２
ａにより、モニタ光源５ａからのモニタ光と合流され、
光ファイバｌｅａを経由して光導波路１ａとの接続部へ
と導かれる。光ファイバｌｌｂ端にも同様まモニタ光源
５ｂ、光合波器３２ｂ、紫外光源３１ｂか連結されてい
る。

接続工程としては、従来例と同様に、基台２に設置した
基板１の上の光導波路１ａ、　Ｉｂの両端に、微動装置
アーム３ａ、　：Ｔｈ、４ａ、　４ｂに保持した光ファ
イバ１．］、ａ、、　］］、ｂ、１２ａ、　１２ｂを近
づける。この際、光ファイバ１．ａ、　］、ｂの一端か
らはモニタ光源５ａ、　５ｂからのモニタ光を導入し、
このモニタ光か光導波路］、ａ、　ｌｂ、続いて光ファ
イバ＋２ａ、　１２ｂを経由して出射される強度をモニ
タ用受光器６ａ、　６ｂにより検出する。検出光の強度
情報は、フィードバック制御装置（図示を省略）にて処
理されて微動装置アーム３ａ、　３ｂ、　４ａ、　４ｂ
を駆動して、光フィールドｌ　Ｉａ。

１１ｂ、　１２ａ、　１２ｂを光導波路１ａ、　ｌｂに
対して最適位置に光軸合わせするのに用いられる。光フ
ァイバ１１ａ、　ｌｌｂ、　１２ａ、　１２ｂの端部と
光導波路１ａ、　ｌｂの端部との間には屈折率整合剤を
兼ねて紫外光硬化性接着剤か塗布されている。ここで肝
要な点は、前記の光軸合わせ操作時に紫外光源３１ａ、
　３１ｈはオフ状態にしておき、光軸合わせか完了した
時点て、初めて紫外光源をオンにして紫外光を光合波器
３２ａ。

３２ｂと光ファイバＩｌａ、　ｌｌｂを経由して光軸合
わせ部に照射させる点である。

以下、具体的な二つの実施例について説明する。

実施例１は多モード光ファイバ対多モート光導波路の場
合、実施例２は単一モード光ファイバ対単一モード光導
波路の場合である。

実施例１ ここで用いた光導波路は、厚さ０．７ｍｍのシリコン基
板−にに形成されたコア寸法５ｏμｍＸ５０μｍの石英
系カラス多モート光導波路てあり、この光導波路に対し
て、コア直径５０μｍの石英系多モート０ 光ファイバを接続した。モニタ光源５ａ、　５ｂとして
は、波長１．３μｍの半導体レーザ光源を用い、紫外光
源３１ａ、　３１ｂとしては、光出力１ミリワツトのヘ
リウムカドミウムレーザ（Ｈｅ−Ｃｄレーサ）を用い、
光合波器としては、波長選択性フィルタ板とレンズ系と
の組合せからなるバルク型合波器を採用した。直径５０
μｍの光ファイバコア部を経由して光軸合わせ部に導か
れた紫外光は、界面の接着剤を確実に硬化させることか
できた。この際、従来の接続方法に見られた接着剤硬化
時の軸ずれ発生は皆無てあわ、最適の光軸合わせ条件か
らのずれを完全に防止することができた。これは、本発
明の接続方法ては、紫外光は接続すべき光ファイバ１１
．ａ、、　］、ｉｂを経由して光軸合わせ部に送り込ま
れるので、最重要な光ファイバと光導波路の界面が、ま
ず初めに硬化を開始するためである。

前記実施例では、他端の光ファイバ１２ａ、　１２ｂと
光導波路１ａ、、　］、ｂとの接続は、光導波路１．ａ
、　ｌｂを通過してきた紫外光により同時に遠戚される
が、場合によっては、受光器６ａ、　６ｂ側にも同時に
紫外光源を設置し、光軸合わせ終了後、光ファイバ１２
ａ１．２ｂ側から逆に光導波路１ａ、　ｌｂに向かって
紫外光を導き、接着剤の硬化をより確実にする措置をと
ることもてきる。

以上の接続操作の終了後、光導波路付き基板１は、光フ
ァイバＩｉａ、　Ｉｌｂ、　１２ａ、　　１２ｂととも
に、光合波器、モニタ受光器から取り外され、必要に応
して適当なパッケージ中に収められて、導波型光部品か
完成した。

実施例２ 単一モード光導波路として、シリコン基板上の厚さ５０
μｍの石英系ガラスクラット層に埋設されてなる断面寸
法８μｍＸ８μｍの石英系がラスコア部からなる石英系
ガラス単一モード光導波路を用い、これにコア直径１０
μｍ石英系単一モード光ファイバを接続した。

実施例１と同様な装置構成および手順にて、光ファイバ
と光導波路との接続を実施したが、単一モード光ファイ
バのコア直径か、実施例１の多モード光ファイバに比へ
て小さく、接着剤硬化用の１ ２− 紫外光を光ファイバコア部のみを経由して突合せ部に送
るのでは、光ファイバ・光導波路の界面の小面積部分の
みしか硬化させることができず、効率的ではないので、
光ファイバのクラッド部をも経由して紫外光を突合せ部
に導くこととした。

第２図（ａ、−１）、　（ｂ−１）、　（ｃ−１）およ
び（ａ−２）、　（ｂ−２）。

（ｃ−２）は、実施例２て用い比較した３種類の単一モ
ード光ファイバのそれぞれ構造を示す断面図および屈折
率分布図である。第２図（ａ−１）は、一般的な単一モ
ード光ファイバの構造例を示し、単一モード光ファイバ
４１は、中心部の直径ＩＯμｍのコア部４２とそれを取
り囲むクラッド部４３からなり、クラッド部４３は保護
のためにプラスチック材料からなるプライマリ−コート
４４、シリコーンコート４５て被覆されている。第２図
（ａ−２）に示すように、プライマリーコ−１・４４の
屈折率は、通常、光ファイバクラッド部４３の屈折率値
よりも高く、第２図（ａ、−１）に示す構造の光ファイ
バは、クラッド部４３に紫外光を導くのに有利ではない
。第２図（ｂ−１，）は、第２図（ａ−１）におけるプ
ライマリ−コート層を省略した光ファイバ構造例を示し
、第２図（ｂ−２）に示すように、シリコーンコート４
５の屈折率かクラッド部４３よりも低く設定されている
ので、クラット部は、見かけ上、シリコーンコート４５
をクラットとするコアとして機能し、クラッド部４３を
利用して容易に紫外光を光導波路との界面に導くことか
できる。第２図（ｃ−１）は、光ファイバ４Ｉ自体を特
殊な構造とした例を示す。すなわち第２図（ｃ−１）、
　（ｃ−２）においては、クラッド部か、コア部４２を
取り囲む第１クラッド部４３ａと、第１クラッド部４３
ａを囲み第１クラット部よりも屈折率値の低い第２クラ
ッド部４３ｂとの２重構造を有している。コア部４２と
第１クラッド部４３ａとて単一モード導波構造を構成す
ると同時に、第１クラッド部４３ａは第２クラッド部４
３１］とともに多モード導波構造を構成し、紫外光はコ
ア部４２のみならす、第１クラッド部４３ａにも効率的
に導光される。

以上の３種類の単一モード光ファイバと前述したソリコ
ン基板上の単一モード光導波路との接続実験を試みたと
ころ、接着強度か高い側から並へ３ ４ て、前記（ｃ−１）、　（ｂ−１）、　（ａ−１）の順
に好成績が得られた。前記（ｂ−１，）か（ｃ−１）に
わずかに劣っていたのは、シリコーンコート部４５て紫
外光の一部か吸収されるためと推察された。前記（ａ−
１）は、（ｃ−１）。

（＋１−１．　）に比へて接着強度が弱かったか、これ
はコア部４２を伝わる以外の紫外光のほとんどが、プラ
イマーコ−１・部４４に吸収されてしまうためと推察さ
れる。

第３図は、実施例２において最も良好な成績をおさめた
第２図（Ｃ−］、）に示す構造の単一モード幸ファイバ
４１と光導波路１ａとの接着部の構造を示す部分断面拡
大図である。紫外光７ｂ、　７ｃかコア部４２のみなら
ず、第１クラッド部４３ａ内をも有効に導かれて、光導
波路との界面の接着剤８ａを硬化させていることかわか
る。光導波路に第２図（ｃ−１）に示す構造の特殊な単
一モード光ファイバが接続されても、この光ファイバの
長さは、せいせい数ｍであるので、この特殊なファイバ
と通常の単一光ファイバとの接続上の問題はない。同様
なことは第２図（ｂｌ、）に示す構造の光ファイバを用
いた場合にも言える。

実施例２においては、単一モード光導波路１ａ。

１ｂを経由して光ファイバＩｌａ、　ｆｌｂ側からの紫
外光を他端まで導き、他端の接着剤を硬化させるのは効
率的ではないので、受光器６ａ、　６ｂ側にも同時に紫
外光源を設置し、光軸合わせの終了後、光ファイバ１２
ａ、　１２ｂ側からも逆に光導波路１ａ、　ｌｂに向か
って紫外光を導き、接着剤の硬化をより確実にしたこと
を付記する。

実施例２て説明した光ファイバクラッド部にまで紫外光
を伝搬させる本発明の接続方法は、コア径の小さい単一
モード光ファイバ系に適用して特に効果的である。

以上、本発明の接続方法を説明したが、本発明では、接
続すべき光ファイバ自体に接着剤効果作用を有する励起
光（通常、紫外線）を導き、接続上膜も重要な光ファイ
バと光導波路のコア部を中心とする界面の接着剤をまず
最初に硬化させるものである。その後、補強のために周
辺の接着剤を従来の接続方法に準して側方より紫外光を
照射して固化させることは任意である。最重要な界面を
先に硬化せしめられている突合せ部は、側方がらの２次
的な紫外光照射により、軸ずれを起こすことか無いので
ある。

上記実施例では光導波路端に２本ずつ光ファイバを接続
する例について説明したが、本発明はこれに限定される
ものではなく、例えば８芯の光ファイバアレイを８列の
光導波路アレイに一括して接続する場合にも、適用でき
ることはもち論である。

なお、紫外光源を１台しか持ち合わせない場合、紫外光
源の光を光分岐器により複数に分割して利用することも
てきる。また、必ずしも複数の紫外光源を配さなくとも
、１個の紫外光源で接続部を１箇所ずつ順次接続してい
くこともてきる。光合波器としては、」皿板のバルク型
のほかにファイバ型カプラー等を用いることも可能であ
る。

また、従来の接続方法では接続部近傍の光ファイバのシ
リコーンコートを、あらがしめ完全に除去した後に接続
操作に入ったか、本発明の接続方法では、コート材料を
残したまま接続することも可能である。これは本発明で
は光ファイバ側面ではなく、光導波路との界面が最初に
硬化し、コート材料の有無は直接、接着精度や強度に響
かないことによる。コート材を残したままの場合、裸フ
ァイバ部が露呈しないので、接続部の信頼性を向上させ
る副次効果もあることを付記する。

なは、前記実施例（実施例１と２）では、接着剤を硬化
させる励起光源（紫外光源）として、Ｈｅ・Ｃｄレーザ
を採用したか、これは、このレーザが極めてパワー密度
の高い紫外光を発生させることかでき、小断面積の光フ
ァイバを通して効率的に紫外光を送るのに適しているか
らである。同様の目的で、短波長域で発振するアルゴン
レーザを用いることもてきる。なは、水銀ランプやハロ
ケンランプを用いた紫外光源は、多モート光ファイバ系
クラット部にも光伝搬作用を具えた第２図（ｂ−１）。

（Ｃ−］、）に示す構造の単一モート光ファイバ系には
適用することかできるか、接着剤硬化に要する時間は長
くなる。なは、第２図（ａ−１）に示す構造の７ ８ 単一モード光ファイバ系では、光伝搬作用はほとんどコ
ア部に限られるのて、これらのランプ類ては充分な励起
光強度を接着面に与えることが難しかった。

（発明の効果） 以」二説明したように、本発明の光導波路と光ファイバ
との接続方法によれば、光導波路に接続すべき光ファイ
バ自体を経由して励起光（紫外光）を送り、光導波路と
の界面の光硬化性接着剤を硬化させることかできる。こ
れにより、従来、光硬化性接着剤を硬化させる際に避け
ることか困難であった光ファイバと光導波路との接続部
における光軸ずれの発生を完全に抑制することかできる
。

従って本発明の接続方法は、導波型光部品の実用化上の
最大の障害となっていた入出力光ファイバ取り付は作業
の信頼性や歩留りを向上させ、光部品の経済化に大きく
貢献することか期待される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光導波路と光ファイバとの接続方法の
実施例の説明図、 第２図（ａ−１）、　（ｂ−１）、　（ｃ−１）および
（ａ−２）、　（ｌｒ２）。 （ｃ−２）は、本発明の実施例で使用した３種類の単一
モード光ファイバのそれぞれ構造を示す断面図および屈
折率分布図、 第３図は第２図（ｃ−１）に示す構造の単一モード光フ
ァイバを用いた際の接続部の部分断面拡大図、第４図は
従来の光導波路と光ファイバとの接続方法の説明図、 第５図は第４図に示した従来の接続方法における接続部
の部分断面拡大図である。 １・・基板　　　　　１ａ、　ｌｂ・・・光導波路２・
・・基台 ２ａ・・クラッド部 ３ａ、　３ｂ、　４ａ、、　４ｂ−微動装置アーム５ａ
、　５ｂ・・・モニタ光源 ６ａ、　６ｂ・・・モニタ受光器 ７・・・紫外光源プローブ ７ａ、　７ｂ、　７ｃｍ・・紫外光 ８ａ、　８ｂ、　９ａ、　９ｂ−光硬化性接着剤］、１
ａ、　　ｊｌｂ、　　１２ａ、　　１２ｂ・−・光ファ
イバ２＋ａ　　・・光ファイバコア部 ３］ａ、　３１ｂ・・・紫外光源（ヘリウムカドミウム
レーサ）３２ａ、　３２ｂ・・・光合波器 ４１・単一モード光ファイバ ４２・・・単一モード光ファイバのコア部４３・・単一
モード光ファイバのクラッド部４４・・プライマリ−コ
ート ４５・・シリコーンコート ４３ａ　　・第１クラッド部 ４３１）　−・第２クラッド部

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、導波路と光ファイバとの間に光硬化性接着剤を介在
   させる工程と、光導波路と光ファイバとを互いに光軸合
   わせする工程と、光軸合わせ後の光導波路と光ファイバ
   の光軸合わせ部に該接着剤を硬化させる励起光を照射す
   る工程とからる光導波路と光ファイバの接続方法におい
   て、該励起光を該光ファイバの他端から入射し、該光フ
   ァイバ中を伝搬させ、該光軸合わせ部まで導き、光軸合
   わせ部の光導波路端面と光ファイバ端面との界面に介在
   する接着剤を優先的に硬化させることを特徴とする光導
   波路と光ファイバとの接続方法。 ２、励起光を光ファイバコアガラスのみならず、光ファ
   イバクラッドガラス部にも通すことを特徴とする請求項
   １記載の光導波路と光ファイバとの接続方法。