JPH0486803A - 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〕 本発胡は導波路型光デバイスに係り、特に導波路基板を
収容する筐体の光フアイバ取出し部の気密化構造を改良
した導波路型光デバイスに関する。

〔従来の技術〕

一般に、導波路型光デバイスは、強誘導体や半導体材料
からなる基板中に、光を閉じ込めて導波させる屈折率の
高い導波路を形成したものとされている。この導波路の
上部または近傍に、電圧を印加するたｔ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
度の変調、あるいは光路の切換えが行われる。

従来、このような導波路型光デバイスとして、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
知られている。この光デバイスは、第３図および第４図
に示すように、ＬｉＮｂＯ３基板１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’Ｃ前後の高温で数時間熱拡散して導波路
２を形成し、これに二酸化シリコンバッファ層（Ｓ１０
２　層）３を成膜し、その上面に金属膜により電極４を
形成し、これを機能素子とした光デバイスである。

このようにして製作された光導波路素子はウェハ切断後
、端面研摩されてチップ化され、さらに光導波路と光フ
ァイバとの光軸調整および固定の後、筐体に実装される
。そして、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。

第３図および第４図に示した先導波路型デバイスは、方
向性結合型光スィッチであり、その作動原理を簡単に説
明する。上述のように、ＬｉＮｂＯ３基板１に一定の長
さで近接した部分を有する２本の導波路２が形成されて
おり、この２本の導波路２の上部に３１０２バッファ層
３を介して金属膜からなる電極４が形成されている。電
極４に電圧が印加されていない状態では、２本の近接し
た導波路２間でモード結合が起こり、一方の導波路２Ａ
から人力された光は、他方の導波路２Ｂへ移行する。近
接部分の長さを導波路２の製作条件に応じて適当に選択
すると、導波路２Ａからの光は略１００％導波路２Ｂへ
移行させることができる（この場合の近接部の長さは「
完全結合長」と呼ばれる）。一方、導波路２の上部に設
けられた２本の電極４の片方をグランドにし、他方に電
圧を印加すると、第４図に示すように、基板１中の導波
路２に縦方向に電界Ｃが発生し、ＬｉＮｂＯ３基板のも
つ電気光学効果により導波路２の屈折率が変化し、２本
の導波路２の結合状態が変化し、印加電圧を適当な電圧
値に設定すると、導波路２Ａから入力した光をそのまま
導波路２Ａから出力させることができる。このようにし
て導波路２を用いてスイッチング機能を実現できる。

このような導波路型光デバイスは、上述したスイッチン
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約られている。また、光を高
速に変調することができるので、大容量光通信用の外部
変調器としても実用化が期待されている。

第５図及び第６図は、それぞれ異なる導波路型光デバイ
スの構造を示している。

通常、導波路型デバイスは、導波路への入力用として、
チップ両端面に光ファイバが固着される。

そこで第５図のものでは、光ファイバ５が両端面に固着
された導波路基板１を筐体６に実装する際に、予め筐体
５の側面に上部からＵ溝７を設けておき、このＵ溝７部
分に光ファイバ５をのせて樹脂８により固着し、筐体６
にカバー９を被せている。なお１０は上ヤトイである。

また第６図のものでは、素線にメクライズされた光ファ
イバ５を、予め筐体６の側面に設けられた孔１１から挿
入して、導波路と光軸調整した後、筐体６と素線の隙間
を半田１２により固着し、気密化を図っている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、導波路型光デバイスの実用化に当たっては、
高い信頼性を得るために特に耐湿生を充分検討する必要
がある。すなわち、導波路デバイスは前述のように、基
板中に形成された数μｍ幅の導波路の上部に、これと固
定度の数μｍ幅の電極が形成されており、スイッチング
させるには通常、数Ｖから１００Ｖ程度の電圧をこの電
極に印加する。すると、特に高湿度中では、電極近傍で
空気中の水分が電気分解が起こり、電極が著しく劣化す
るのである。また、導波路と光ファイバとの固着は、両
者を直接当接して行うので、接着剤を用いて行われるこ
とが多いが接着剤は一般に湿度に対して弱く、この点で
も耐湿性を高給ておく必要がある。さらに、導波路素子
と信号端子間の接続には、ワイヤボンディングが用いら
れるのが一般的であり、やはり耐湿性が重要となる。

従来の導波路光スィッチにおいては、第５図のものでは
、筐体６の側面にＵ溝７を設け、このＵ溝７に光ファイ
バ５を樹脂８により固着するため、充分な気密がなされ
ず高湿下では信頼性が低下する。また、第６図に示すも
のでは、光ファイバ５と筐体６との隙間を半田１２によ
り埋めるため、第４図のものに比して耐湿性は優れるが
、予め光ファイバ５を筐体６の側面の孔１１に通し、先
端に端末付をしなければならないうえ、光フアイバ素線
をメタライズして素線の状態で先端に端末を付けなけれ
ばならず、これが非常に困難である。

また、導波路との光軸調整および固定作業については、
光ファイバ５を筐体６側面の孔１１から通した状態で、
筐体６の内部で行われなければならず、著しく作業性が
悪い。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、容易
かつ確実に筐体内部の気密化が実現でき、導波路素子お
よび電極の信頼性向上、導波路と光ファイバとの固着箇
所やワイヤボンディング部の信頼性向上等が図れる導波
路型光デバイス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〕

本発明は、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導波路と光学的に結合される第１の
光ファイバと、これら導波路基板および第１の光ファイ
バを収容する筐体と、この筐体の外側で前記第１の光フ
ァイバと光学的に結合される第２の光ファイバとを備え
た導波路型光デバイスにおいて、前記筐体の側面に、前
記第１および第２の光フアイバ素線の外径よりも僅かに
大きな内径を有するキャピラリを設け、このキャピラリ
内に前記第１および第２の光ファイバの先端を挿入して
互いに当接することにより光学的に接続し、もって機密
性を向上させて前記の目的を達成するものである。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図および第２図を参照し
て説明する。なお、本実施例は導波路型光スイッチにつ
いてのもので、電圧を外部より印加することにより、光
を０Ｎ−ＯＦＦできる機能を有するものである。

本実施例では、導波路が形成された導波路基板２１と、
この導波路基板２１の端面で導波路と光学的に結合され
る第１の光ファイバ２２と、これら導波路基板２１およ
び第１の光ファイバ２２を収容する筐体２３と、この筐
体２３の外側で第１の光ファイバ２２と光学的に結合さ
れる第２の光ファイバ２４とが備えられ、筐体の側面に
、前記第１および第２の光ファイバ２２．２４の素線２
２ａ、２４ａの外径よりも僅かに大きな内径を有するキ
ャピラリ２５が設けられ、このキャピラリ２５内に第１
および第２の光ファイバの素線２２ａ、２４ａの先端が
挿入されて、互いに当接することにより光学的に接続さ
れている。なお、キャピラリ２５の筐体２３内方に突出
する部分の周壁に、その外周面とキャピラリ２５内の孔
２６とを連通ずる横孔２７をあけ、この横孔２７の部分
で第１の光ファイバの素線２２ａと第２の光ファイバ２
４の素線２４ａとを当接するとともに、キャピラリ２５
の横孔２７近傍に樹脂２８が充填されている。また、第
２の光ファイバ２４の素線２４ａがメタライズされると
ともに、キャピラリ２５が金属パイプ２９に収容され、
この金属パイプ２９と第２の光ファイバ２４のメタライ
ズ部との隙間に半田３０が充填されている。

導波路基板２１はＬｉＮｂＯ３基板とされており、Ｔｉ
膜を成膜して方向性結合パターンを形成し、熱拡散した
後、５１０２バッファ層を介してＣｒ−Ａｕ電極を形成
し、チップ化して導波路素子としたものである。また、
導波路基板２１には保持ガラス３１および上ヤトイ３２
が設けられ、これらは導波路基板２１の切断後に接着し
て端末研摩されている。第１の光ファイバ２２の一端に
は光フアイバ端末３３が取付けられており、フランジ付
金具３４を用いて導波路基板２１に光軸調整された後、
接着剤により固着されている。

導波路基板２１の実装に際しては、まず筐体２３の側面
に低融点ガラス３５でキャピラリ２５を固着、収容した
コバー製の金属パイプ２９を、ろう付けにより固着する
。そして、導波路基板２１を筐体２３に固着し、一方の
光ファイバ２２の先端素線２２ａの部分をキャピラリ２
５に挿入する。

また、デバイスのピグテールとなる第２の光ファイバ２
４は、筐体２３の外側から先端素線２４ａをキャピラリ
２５に挿入する。そして、キャピラリ２５の筐体２３内
側に突出した部分の横孔２７部分で、２本の光ファイバ
２２．２４の素線２２ａ、２４ａの先端を当接させ、こ
こから樹脂２８を注入し、キャピラリ２５の内部に充填
させる。

なお、本実施例では、樹脂２８に紫外線硬化接着剤を用
いた。また、ここで光ファイバ２２．２４には、シング
ルモードファイバを用い、この外径が１２６μｍである
ため、内径１２７μｍのキャピラリ２５を用いた。この
ときの接続による過剰損失は入出力２箇所で、０．３ｄ
Ｂであった。次に、キャピラリ２５を収容している金属
パイプ２９と、第２の光ファイバ２４の素線２４ａのメ
タライズ部分と隙間に半田３０を充填し、さらに素線部
分と芯線部分とを樹脂３６により補強する。

最後に、導波路基板２３の電極と信号入力端子とをボン
ディングワイヤにより接続し、カバー３７をシーム溶接
部３８により筐体に固着する。

本実施例の導波路型光スイッチによると、導波路に光軸
固定される第１の光ファイバ２２とデバイスとのピグテ
ールとなる第２の光ファイバ２４とを分けておき、これ
らを筐体２３の側面に設けられた光フアイバ外径よりも
わずかに大きい内径を持つキャピラリ２５に挿入固着す
ればよいので、容易に筐体２３の内外部の光ファイバ２
２．２４を接続できる。したがって、筐体２３の外側に
ある第２の光ファイバ２４の素線２４Ｈにメタライズを
施すことが可能となり、キャピラリ２５を金属パイプ２
９に収容しておき、このキャピラリ金属部分と光フアイ
バメタライズ箇所との隙間を半田３０で充填することで
、筐体２３の光フアイバ取出し部分の気密化が実現でき
る。

本実施例の導波路型光スインチについて、耐湿側評価と
して高温高湿試験を行ったところ、以下の結果が得られ
た。なお、本実施例の導波路型光スインチと、第５図に
示した樹脂を用いた従来の導波路型光スイッチとを比較
した。試験条件は６０′Ｃ１９５％であり、従来の導波
路型光スイッチでは約２００時間の連続使用でスイッチ
ング特性に劣化が生じ、十分なスイッチング機能を果た
さなくなった。特に電圧を印加した状態で、光が完全に
ＯＦＦ状態とならなくなることから、湿度が樹脂部分か
ら筐体内部に侵入し、電極を部分的に破壊したものと推
定される。また、約６００時間後には、試料の一部に全
く動作しないものが見られた。カバーを外し、内部を観
察すると、導波路基板の電極と照合入力端子とを接続す
るボンディングワイヤが、湿気によると考えられる腐食
により電極膜からはずれていた。

これに対し、本実施例の導波路型光スイッチでは、約１
５００時間経過後も特性劣化は認められず、従来例のよ
うな不具合はなんら生じることなく、正常な動作が持続
した。したがって、本実施例によれば、完全な気密化が
図れ、デバイス全体の耐湿性を飛躍的に向上できること
が確認された。

なお、前記実施例では、導波路型光デバイスのなかで単
純な構成の２×２光スイツチに適用したが、これに限ら
ず種々の構成の導波路型光デバイスに適用できることは
勿論である。例えば８×８光スインチのように、片側に
複数の光ファイバを有する光デバイスに適用する場合に
は、筐体の側面にその個数のスリーブを設ける構成とす
ればよい。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明によれば、筐体の側面に光フアイ
バ素線の外径よりわずかに大きい内径を有するキャピラ
リを設け、筐体内部にある光ファイバの先端とデバイス
のピグテールコードとなる外部の光ファイバの先端とを
、キャピラリに挿入して当接することにより、容易に筐
体の光フアイバ取出し分を気密化できる。したがって、
導波路素子の特性変化の防止および電極の信頼性向上が
図れ、さらに導波路と光ファイバとの固着箇所やワイヤ
ボンディング部等の信頼性向上も図れる等の優れた効果
が奏される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す縦断面図、第２図は第
１図の要部拡大図、第３図は導波路型光デバイスである
方向性結合型スイッチ素子作動原理を示す上面図、第４
図は第３図のＩＶ−ＩＶ線断面図、第５図は従来例を示
す斜視図、第６図は他の従来例を示す斜視図である。 ２１・・・・・・導波路基板、 ２２・・・・・・第１の光ファイバ、 ２２ａ・・・・・・素線、２３・・・・・・筐体、２４
・・・・・・第２の光ファイバ、 ２４ａ・・・・・・素線、２５・・・・・・キャピラリ
。 出　願　人　　　　　日本電気株式会社代　理　人　　
　　　弁理士　山内梅雄第３図 第４図 第１ 第２区 φ８ ／／７

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、導波路が形成された導波路基板と、この導波路基板
   の端面で前記導波路と光学的に結合される第１の光ファ
   イバと、これら導波路基板および第１の光ファイバを収
   容する筺体と、この筐体の外側で前記第１の光ファイバ
   と光学的に結合される第２の光ファイバとを備えた導波
   路型光デバイスにおいて、前記筐体の側面に、前記第１
   および第２の光ファイバの素線外径よりも僅かに大きな
   内径を有するキャピラリを設け、このキャピラリ内に前
   記第１および第２の光ファイバの素線先端を挿入して互
   いに当接することにより光学的に接続してなることを特
   徴とする導波路型光デバイス。 ２、キャピラリの筐体内方に突出する部分の周壁に、そ
   の外周面とこのキャピラリ内の孔とを連通する横孔をあ
   け、この横孔の部分で第１の光ファイバの素線と第２の
   光ファイバの素線とを当接するとともに、前記キャピラ
   リの横孔近傍に樹脂を充填してな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。 ３、第２の光ファイバの素線をメタライズするとともに
   、キャピラリを金属パイプに収容し、この金属パイプと
   前記第２の光ファイバのメタライズ部との隙間に半田を
   充填させてなることを特徴とする請求項２記載の導波路
   型光デバイス。