JPH04110807A - 導波路型光デバイス - 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、導波路型光デバイスに係わり、特に、導波路
基板端面に光学的に結合される光ファイバの端末構造に
関する。

〔従来の技術〕

導波路型光デバイスは、強誘電体や半導体材料から成る
基板中に、光を閉じ込めて導波させるための導波路とし
て屈折率の高い部分が形成されており、この導波路の上
部または近傍に電圧を印加するた於の電極が形成されて
いる。この電極に外部から電圧を印加することによって
基板中の導波路の屈折率を変化させ、光の位相や強度を
変調したり、あるいは光路を切り換えたりする。こうし
た導波路型光デバイスの一例として強誘電体材料の中で
比較的高い電気光学効果を有するニオブ酸リチウム基板
（ＬｉＮｂ０３基板）を用いた光デバイスがある。これ
は、基板にチタン膜（Ｔｉ膜）を成膜し、所望の導波路
パターンにパターニングした後、１０００℃前後の高温
で数時間熱拡散して光導波路を形成し、これに二酸化シ
リコンバッファ層（Ｓｉｎ２バッファ層）を成膜し、そ
の上面に金属膜により電極を形成し、これを機能素子と
した光デバイスである。

こうして作製された光導波路素子はウエノ＼−切断後、
端面研摩されチップ化され、さらに光導波路と光フアイ
バ間が光軸調整、固定された後、筐体に実装され筐体に
設けられた信号端子と光導波路素子の電極パッド間がワ
イヤボンディングにより接続される。

この導波路型光デバイスはスイッチング機能を基板上に
集積できることから光交換システム用マトリクス光スィ
ッチや０ＴＤＲ用の光路切換え用光スィッチとして開発
が進袷られている。一方、これらの導波路型光デバイス
は数ＧＨｚの高速動作が可能なことから超高速大容量伝
送用の外部光変調器としても大きく期待され開発が進袷
られている。

こうした次世代光通信用デバイスである導波路型光デバ
イスは先導波路素子そのものの特性、信頼性の向上はも
ちろん重要であるが、導波路基板と光ファイバの光軸結
合、固定部の構造も実用化の上で非常に重要な問題とな
っている。すなわち、従来の光デバイスはＬＤ、ＡＰＤ
モジュールをはじめメカニカル光スインチ、光合分波器
等の受動デバイスも殆んどがレンズを用いて光学的に光
ファイバと光素子を結合させていたが、導波路型光デバ
イスでは基板端面と光フアイバ端面を直接突き合わせて
結合させるバットジヨイント方式の方が効率的であり、
このため従来と全く異なる光軸固定構造となるからであ
る。

こうした導波路基板と光ファイバの端面同士突き当てて
固定する構造として、従来は第４図に示すように光フア
イバ素線１の先端端面を折り出して、導波路基板２の端
面に突き当てて光軸調整固定し、光フアイバ素線１の先
端部と導波路基板２の端面の接触部分に紫外線硬化接着
剤３を塗布し、光ファイバの周りを固着する方法がある
。

なお、第４図において、符号４は導波路基板２を保持す
る保持ガラス、５は導波路基板２の上側に配置された上
ヤトイ、６は光導波路を示す。また、先述の方法である
とデバイスの周囲の温度変化等によって固着部の接着剤
３が収縮し結合が不安定になるので、これを改良するた
めに、第５図に示すように、光フアイバ素線１の先端に
これとほぼ同じ内径を有する外径約０．５＋ｎ＋ｎ程度
のビーズ７を嵌め、このビーズ７の周囲に接着剤を塗布
して固着する方法も提案されている。なお、先導波路６
が形成された導波路基板２、保持ガラス４、上ヤトイ５
の構成は第４図と同様である。

〔発駅が解決しようとする課題〕

しかるに、従来の第４図に示した構造では接着部分が極
必で少ないため強度的に弱く、また、接着剤３が不均一
であると周囲の温度変化等で接着剤３が収縮し導波路基
板２と光ファイノく素線１の光軸ずれを起こしてしまう
。また、第５図に示した方法では接着剤の収縮による影
響は幾分少ないが、やはり強度が弱いことや光フアイバ
素線１で固着しているため振動、衝撃等の外力に対して
も問題があった。

本発明の目的は上述した問題に鑑みなされたもので、導
波路基板と光ファイバの光軸調整固定が容易にでき、し
かも温度変化に対し安定で耐振動、衝撃性の高い光軸固
定構造が実現出来る導波路型光デバイスを提供するにあ
る。

〔課題を解決するための手段〕

請求項１に記載の導波路型光デバイスは、光導波路が形
成された導波路基板と、この導波路基板の端面て前記し
た先導波路に光学的に結合固定された光ファイバから成
る導波路型光アノ１イスにおいて、前記した光ファイバ
が円筒状のパイプに収容されており、この円筒状パイプ
がこれよりわずかに大きい内径を有するリングに嵌合さ
れ、前記した円筒状パイプ先端端面と前記したリンクの
平坦面が前記した導波路基板の端面に密着されて固定さ
れた構成としたものである。

請求項２に記載の導波路型光デバイスは、上記構成に加
えて、光ファイバを収容する円筒状パイプとこのパイプ
に嵌合するリングを同一材料で構成したものである。

〔作用〕

請求項１記載の発明によれば、−旦光ファイバを円筒状
パイプに収容することて光ファイバの先端部分の強度が
大きくなり、したがって外力に対して強くなり、耐振動
、衝撃が増すばかりでなく、リングを任意の大きさにで
きるた約接着面積を増やし導波路基板との固着強度を増
すことができる。

また、光フアイバ先端も円筒状パイプに収容した状態で
先端を研摩仕上げでき、突き当て面全体を平坦にできる
ため接着層が均一になるため周囲の温度変化に対しても
安定した状態になる。

一方、こうした上述の方法でも十分な安定性と信頼性が
実現できるが、屋外で使用される光計測器やホスタイル
対応等温度変化の厳しい条件で用いられる場合、より安
定した光軸固定構造が求められる。また、使用温度範囲
が非常に大きい場合、上述の構造では円筒状パイプとリ
ングの熱膨張係数に差がある場合、温度変化により先端
に断差が生じ、光フアイバ端面と導波路基板の間で剥離
を起こす場合がある。

そこで、請求項２記載の構成とすることにより、周囲の
温度変化に影響されないため端面で剥離が生じることが
なく、より安定で高信頼な導波路型光デバイスの光軸固
定構造が実現できる。

〔実施使に 次に、本発明の実施例を図面を用いて説明する。

第１図は本発明の導波路型光デバイスの光軸固定部の縦
断面図であり、導波路基板１０にＬｉＮｂＯ３を用いて
Ｔ１拡散により光導波路１１を形成し、さらに電極を導
波路基板１ｏの上面に設けた光変調器（図示せず）に適
用されたものである。

光導波路１１を有する導波路基板１ｏは両端上部に同一
のＬｉＮｂＯ３から成る上ヤトイ１２を、かつ下部全体
にはほぼ熱膨張係数の等しい材料から成る保持ガラス１
３を接着剤により貼り合わせ、両端面を光学研摩した導
波路チップに光ファイバ１４を光軸固定した構成より成
る。光軸固定される光ファイバ１４は先端の光フアイバ
素線１５が先端部にこの光フアイバ素線１５の外形より
わずかに大きい内径を有する先端セラミック１６を有す
る円筒状の金属パイプ１７に収容、固着されている。

また、光ファイバ１４を収容する金属パイプ１７の外形
よりわずかに大きい内径を有し、先端部にフランジをも
つステンレスリング１８を金属パイプ１７に嵌合させ、
先端面を合わせた状態で導波路基板１０の端面に突き合
わせ、光フアイバ素線１５と光導波路１１を光軸調整し
ている。調整後、光フアイバ素線１５を収容する先端セ
ラミック１６およびステンレスリング１８と導波路基板
１０の端面の間に接着剤１９を充填し硬化させて両者を
固定している。

第４図および第５図に示す従来の光軸固定構造と本発明
の光軸固定構造の安定性と信頼性を比較するために一１
０〜６０℃の温度範囲の温度特性、同じ温度範囲の温度
サイクル試験、さらに５０Ｇから５００Ｇまでの衝撃試
験とＪＩＳに基づく振動試験を実施した。第４図に示し
た構造では温度特性試験において、特に高温状態で挿入
損失変動が２ｄｂと非常に大きかったのに対し、第５図
および本発明の構造ではどちらも損失変動は０．　２ｄ
ｂと温度変化に対して安定した結果が得られた。

また、温度サイクル試験においても１０００サイクル経
過後も損失変動は両者ともｌｄｂ以下であり安定してい
た。ところが、衝撃試験においては本発明の構造は２０
０Ｇから５００Ｇに衝撃力を増加させても全く損失変動
はなかったが、第５図に示す構造のものは１００Ｇで挿
入損失が訳３ｄｂも増加し、２００Ｇでは光フアイバ素
線１が破損してしまった。振動試験においても本発明の
構造では振動印加前後で挿入損失に変化はなかったが、
第５図に示す構造のものはやはり光フアイバ素線１の部
分が破損してしまった。このことから本発明の光軸固定
構造を用いると温度変化に対しても外力に対しても非常
に安定した状態であり高信頼化が期待できる。

上述の固定構造でも実用上十分な安定性が得られるが、
さらに広い温度変化に対しても安定するように、第２図
および第３図に示した固定構造を有する導波路型光デバ
イスも本発明によ−り適用できる。第２図および第３図
に示した固定構造において光フアイバ素線１５は内径１
２６μｍのジルコニアセラミンクから成るセラミックフ
ェルール２０に収容されていると共に、このセラミック
フェルール２０には、セラミックフェルール２０の外形
２工よりわずかに大きい内径を持つ同じジルコニアセラ
ミックから成るセラミックリング２１が嵌合され、第１
図の固定構造と同一の手順で光軸調整固定されたもので
ある。本構造を用いると光軸固定部が温度変化や外力に
よって光軸ずれを起こさないだけてなく、高温状態や低
温状態でも円筒状パイプとリングの熱膨張係数差によっ
て端面に不要な力が働き断差を生じることがないので、
端面剥離を起こすことがなく、さらに広い温度範囲での
使用が可能となる。なお、第２図、第３図において、導
波路基板１０、光導波路１１、上ヤトイ１２、保持ガラ
ス１３等の構成は上述した第１図のものと同様であるの
でその説明は省略する。

〔発明の効果〕

以上説明した通り、本発明の導波路型光デバイスを用い
ると、導波路基板と光ファイバの光軸調整固定が容易に
てき、しかも温度変化に対して安定て耐振勧、衝撃性の
高い高信頼な光軸固定構造が実現できる。

さらに、光ファイバを収容する円筒状パイプとこれと嵌
合するリングの材料を同一材料にすれば、温度変化によ
って起こる両部材の熱膨張差に起因する端面剥離を防ぐ
ことで使用温度範囲を拡張でき、より安定で高信頼な導
波路型光デバイスを実現できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の導波路型光デバイスの光軸固定部の縦
断面図、第２図および第３図は本発明の他の実施例の導
波路型光デバイスの光軸固定部の縦断面図と斜視図、第
４図および第５図はそれぞれ従来の導波路型光デバイス
の光軸固定部の斜視図である。 １０・・・・・・導波路基板、 １１・・・・・先導波路、 １４・・・・・・光ファイバ、 １５・・・・・・光ファイノ＼素線、 ７・・・・・・金属パイプ、 ８・・・・・・ステンレスリング、 ０・・・・・・セラミックフェルール、■・・・・・・
セラミックリング。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光導波路が形成された導波路基板と、この導波路基
   板の端面で前記光導波路に光学的に結合固定された光フ
   ァイバから成る導波路型光デバイスにおいて、前記した
   光ファイバが円筒状のパイプに収容されており、この円
   筒状パイプがこれよりわずかに大きい内径を有するリン
   グに嵌合され、前記した円筒状パイプ先端端面と前記し
   たリングの平坦面が前記した導波路基板の端面に密着さ
   れて固定されていることを特徴とする導波路型光デバイ
   ス。 ２、前記光ファイバを収容する円筒状パイプとこのパイ
   プに嵌合するリングが同一の材料で構成されていること
   を特徴とする請求項１記載の導波路型光デバイス。