JPH05341142A - 石英系導波路型光部品 - Google Patents

石英系導波路型光部品

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JPH05341142A
JPH05341142A JP15228292A JP15228292A JPH05341142A JP H05341142 A JPH05341142 A JP H05341142A JP 15228292 A JP15228292 A JP 15228292A JP 15228292 A JP15228292 A JP 15228292A JP H05341142 A JPH05341142 A JP H05341142A
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JP
Japan
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clad
core
silica
carbon dioxide
type optical
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Pending
Application number
JP15228292A
Other languages
English (en)
Inventor
Kenichi Morosawa
健一 諸沢
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Hitachi Cable Ltd
Original Assignee
Hitachi Cable Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 接合部を十分に溶融させて、低損失かつ高機
械強度を得ることができる石英系導波路型光部品を提供
することにある。 【構成】 石英系材料からなるコア14と、コア14の
回りにコア14より小さな屈折率を有する石英系材料か
らなるクラッドとを備え、光ファイバと炭酸ガスレーザ
光で接続される石英系導波路型光部品において、クラッ
ド12、13、15を、炭酸ガスレーザ光に対する吸収
率が異なる少なくとも2つの層で構成したことを特徴と
している。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、石英系材料からなるコ
アと、コアの回りにコアより小さな屈折率を有する石英
系材料からなるクラッドとを備え、光ファイバと炭酸ガ
スレーザ光で接続される石英系導波路型光部品に関す
る。
【0002】
【従来の技術】石英系の材料からなる導波路型光部品
は、光通信時代のニーズに対応し得る量産化が可能であ
り、石英系光ファイバと融着接続することにより低損失
かつ永久接続が可能なため、光波長合分波器や光スター
カプラ等の受動的な光部品の開発が盛んに行われてい
る。
【0003】一般に、石英系導波路型光部品と石英系光
ファイバとの融着接続は、炭酸ガスレーザ光を用いて接
合部に照射することにより行われている。炭酸ガスレー
ザ光は波長が10.6μmで、石英系材料に効率良く吸
収されるため、融着接続用熱源として最適である。しか
も、炭酸ガスレーザ光はレンズで集光することができ、
微小なスポットとして材料上の任意の部位に照射して選
択的に溶融させることが可能である。
【0004】石英系導波路型光部品を用いたモジュール
の製造段階では、図6に示すように金属パッケージ1の
中に固定された導波路型光部品2の端面に、光ファイバ
3のコア3a及びクラッド3bを露出させて突き合わ
せ、上方よりレンズ4で集光された炭酸ガスレーザ光5
を矢印P1 方向に照射して接合部6を融着接続する方法
が一般的である。尚、図6は導波路型光部品と光ファイ
バとの融着接続の様子を示す図である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで光通信用の光
部品は光学的特性が優れていると共に、十分な機械強度
を有し、長期的な信頼性が保証されなければならない。
【0006】しかしながら、石英系導波路型光部品がパ
ッケージ内にあるときには、融着接続熱源である炭酸ガ
スレーザ光を上方、あるいは斜め上方からしか照射する
ことができず、接合部の下側に直接照射することができ
なかった。このため、融着接続時の光ファイバ接合部に
温度分布が生じ、レーザ光が直接照射される光ファイバ
の上側と石英系導波路型光部品のクラッド及びコアとが
十分に溶融して一体化するのに対し、光ファイバの下側
では上側よりも温度上昇が少なく、溶融が不十分なた
め、端面が一体化しにくく、機械強度が劣るという問題
があった。
【0007】また、従来の導波路型光部品2は、図7に
示すように純石英からなる基板7の上に高屈折率のコア
8を形成し、石英中にリン、ボロン及びゲルマニウム等
の不純物を添加してコア8との屈折率差Δnを制御した
クラッド9で埋め込んだ構造になっている。このため、
光ファイバ3を導波路型光部品2に突き合わせて融着接
続する場合には、光ファイバ3のクラッド3bの下部は
純石英と一体化しなければならない。尚、図7は従来の
石英系導波路型光部品の正面断面図である。
【0008】しかし、純石英は、不純物を添加した石英
と比べて炭酸ガスレーザ光の吸収率が著しく小さいた
め、光ファイバ3の下側及び基板7を十分に溶融する
と、導波路型光部品2の上部のクラッド9やコア8が過
剰に溶融してコア8の形状が変形し、光の伝送損失が増
加するという問題がある。融着接続による過剰損失を
1.0dB以内に制御すると、接合部の耐引っ張り強度
は0.7Kg程度しか得られなかった。
【0009】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、接合部を十分に溶融させて、低損失かつ高機械強度
を得ることができる石英系導波路型光部品を提供するこ
とにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、石英系材料からなるコアと、コアの回りに
コアより小さな屈折率を有する石英系材料からなるクラ
ッドとを備え、光ファイバと炭酸ガスレーザ光で接続さ
れる石英系導波路型光部品において、クラッドを、炭酸
ガスレーザ光に対する吸収率が異なる少なくとも2つの
層で構成したものである。
【0011】また、本発明は、クラッドを、コアを上下
に挟む2つの層で形成すると共に、コアより上側に形成
したクラッドの炭酸ガスレーザ光に対する吸収率を、コ
アより下側に形成したクラッドの炭酸ガスレーザ光に対
する吸収率より小さな値になるように形成したものであ
る。
【0012】さらに、本発明は、クラッドを、複数の層
で構成すると共に、炭酸ガスレーザ光の照射方向に対し
て順次吸収率が大きくなるように形成したものである。
【0013】さらにまた、本発明は石英系材料からなる
コアと、コアの回りにコアより小さな屈折率を有する石
英系材料からなるクラッドとを備え、光ファイバと炭酸
ガスレーザ光で接続される石英系導波路型光部品におい
て、クラッドを、炭酸ガスレーザ光に対する吸収率が、
炭酸ガスレーザ光の照射方向に連続して大きくなるよう
に形成したものである。
【0014】
【作用】上記構成によれば、炭酸ガスレーザ光に対する
クラッドの吸収率が、照射光軸方向に順次段階的に又は
連続的に変化するため、クラッドで発生する熱量が照射
光軸方向に順次段階的に又は連続的に変化する。従って
クラッドの吸収率を、照射光軸方向に伴って照射面から
順次段階的又は連続的に大きくすることにより、クラッ
ドの上側から下側に渡って均等に溶融させることができ
る。
【0015】
【実施例】以下、本発明の一実施例を添付図面に基づい
て詳述する。
【0016】図1は本発明の石英系導波路型光部品の一
実施例の正面断面図であり、図2は、図1に示した石英
系導波路型光部品と光ファイバとの接合を説明するため
の説明図である。
【0017】本実施例の石英系導波路型光部品は、石英
系材料からなるコアと、コアの回りにコアより小さな屈
折率を有する石英系材料からなるクラッドとを備えてお
り、クラッドを、炭酸ガスレーザ光に対する吸収率が異
なる少なくとも2つの層で構成し、光ファイバと炭酸ガ
スレーザ光を用いて接続されるようになっている。
【0018】図1及び図2に示すように、導波路型光部
品10は、純石英からなる基板11と、基板11の上に
形成され炭酸ガスレーザ光の吸収率が基板11の吸収率
よりも小さい第1のクラッド12と、第1のクラッド1
2の上に形成された第1のクラッド12の吸収率よりも
小さい第2のクラッド13と、第2のクラッド13の上
に形成され光通信用のレーザ光等を伝送するコア14
と、第2のクラッド13及びコア14の上に形成され、
炭酸ガスレーザ光の吸収率が第2のクラッド13の吸収
率よりも小さい第3のクラッド15とで構成されてい
る。
【0019】この導波路型光部品10は、基板11の上
に、リン及びボロンの含有量を変えた複数の石英膜で形
成される。まず、基板11の上に、第1のクラッド(炭
酸ガスレーザ光の吸収率a1 )12を厚さ70μmに形
成する。
【0020】第1のクラッド12の上に、第2のクラッ
ド(屈折率n1 、吸収率a2 、但しa1 >a2 )13を
厚さ20μmに形成する。
【0021】第2のクラッド13の上に、ホトリソグラ
フィー及びドライエッチングを用いて、コア(屈折率n
2 、但しn2 >n1 )14を高さ約8μm、幅約8μm
に形成する。
【0022】第2のクラッド13及びコア14の上に、
第3のクラッド(屈折率n3 、但しn2 >n3 、吸収率
3 、但しa1 >a2 >a3 )15をコア14を取り囲
むように形成する。
【0023】このようにして形成された導波路型光部品
10に、図2に示すように1.3μm帯用シングルモー
ド光ファイバ(外径約125μm)16を突き合わせ
て、ZnSeレンズ17で集光した炭酸ガスレーザ光1
8を、上方から矢印P2 方向に照射して接合部19を融
着接続する。このとき、第1のクラッド12と光ファイ
バ16のクラッド23が溶融して滑らかな曲率で一体化
された。
【0024】光ファイバ16及び導波路型光部品10の
接合部19における過剰損失は約0.2dBであり、融
着接続された光ファイバ16に荷重をかけて引っ張り強
度を測定したところ約1.4Kgであった(従来の導波
路型光部品の2倍の強度)。
【0025】次に実施例の作用を述べる。
【0026】各クラッド12、13及び15の炭酸ガス
レーザ光18に対する吸収率が、照射光軸方向に順次段
階的に大きくなっているため、各クラッド12、13及
び15で発生する熱量も照射光軸方向に順次段階的に大
きくなり、その結果、各クラッド12、13及び15が
上側(照射面)から下側にわたって均等に溶融するの
で、導波路型光部品10と光ファイバ16との接合が低
損失かつ高強度に行われる。
【0027】以上において本実施例によれば、クラッド
12、13及び15を、炭酸ガスレーザ光18に対する
吸収率が異なる少なくとも2つの層で構成したので、接
合部19を十分に溶融させることにより、低損失かつ高
機械強度を得ることができる。
【0028】図3は第1の実施例の他の構成例を説明す
るための説明図である。
【0029】第1の実施例との相違点は、第1のクラッ
ド21の厚さが非常に薄く(約5μm)、略2つの層か
らなるクラッド15、22がコア14を挟むような構造
を有する点である。
【0030】この導波路型光部品20に1.3μm帯シ
ングルモード光ファイバ16を突き合わせ、炭酸ガスレ
ーザ光18を上方より矢印P3 方向に接合部19に照射
したところ、光ファイバ16のクラッド23と第1のク
ラッド21とが溶融して滑らかな曲率で一体化した。こ
のとき融着接続による過剰損失は約0.3dBで、耐引
っ張り荷重は約1.0Kgであった。
【0031】図4は第1の実施例のさらに他の構成例を
説明するための説明図である。
【0032】第1の実施例との相違点は、クラッドが4
つの層で形成されている点である。
【0033】同図に示すように、基板11の上に、第1
のクラッド(吸収率a1 )31を厚さ約20μmに形成
し、第1のクラッド31の上に第2のクラッド(吸収率
2 )32を厚さ約20μmに形成し、第2のクラッド
32の上に第3のクラッド(吸収率a3 )33を厚さ約
30μmに形成し、第3のクラッド33の上にコア14
を形成し、コア14及び第3のクラッド33の上に第4
のクラッド(吸収率a4 )34を形成して導波路型光部
品30が構成されている(但しa1 >a2 >a3
4 )。
【0034】この導波路型光部品30も炭酸ガスレーザ
光18の吸収率が、炭酸ガスレーザ光18の入射方向に
ついて深さ方向に順次段階的に大きくなっており、導波
路型光部品30の端面(左側面)に1.3μm帯シング
ルモード光ファイバ16を突き合わせて前述のように炭
酸ガスレーザ光18を矢印P4 方向に照射して接合部1
9を融着接続したところ、融着接続による過剰損失が約
0.1dBで、耐引っ張り強度が約2.0Kgであっ
た。
【0035】図5は本発明の第2の実施例を説明するた
めの説明図である。
【0036】第1の実施例との相違点は、クラッドに添
加する不純物の含有量を、照射面から照射光軸方向に連
続的に大きくした点である。
【0037】同図に示すように、基板上11に、不純物
の含有量を照射光軸方向に連続的に大きくした第1のク
ラッド41が形成され、第1のクラッド41の上にコア
14が形成され、コア14及び第1のクラッド41の上
に第2のクラッド42が形成されて導波路型光部品40
が構成されている。
【0038】前述と同様にこの導波路型光部品40に
1.3μm帯シングルモード光ファイバ16を融着接続
したところ過剰損失が約0.1dB、耐引っ張り強度が
約2.0Kgの接合部を形成することができた。
【0039】
【発明の効果】以上要するに本発明によれば、次のよう
な優れた効果を発揮する。
【0040】(1) 光ファイバと石英系導波路型光部品と
の接合部を低損失かつ高強度とすることができる。
【0041】(2) 炭酸ガスレーザ光のエネルギーが到達
しにくく応力が集中しやすい光ファイバの下側と石英型
導波路端面の接合部を効率良く溶融一体化し、コアの変
形を招くこと無く滑らかな形状で高機械強度に融着接続
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の石英系導波路型光部品の一実施例の正
面断面図である。
【図2】図1に示した石英系導波路型光部品と光ファイ
バとの接合を説明するための説明図である。
【図3】本発明の第1の実施例の他の構成例を説明する
ための説明図である。
【図4】本発明の第1の実施例のさらに他の構成例を説
明するための説明図である。
【図5】本発明の第2の実施例を説明するための説明図
である。
【図6】導波路型光部品と光ファイバとの融着接続の様
子を示す図である。
【図7】従来の石英系導波路型光部品の正面断面図であ
る。
【符号の説明】
10、20、30、40 導波路型光部品 11 基 板 12、21 第1のクラッド 13、32、42 第2のクラッド 14 コア 15、33 第3のクラッド 16 光ファイバ 17 ZnSeレンズ 18 炭酸ガスレーザ光 19 接合部 23 クラッド 34 第4のクラッド
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成4年6月23日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0018
【補正方法】変更
【補正内容】
【0018】図1及び図2に示すように、導波路型光部
品10は、純石英からなる基板11と、基板11の上に
形成され第1のクラッド12と、第1のクラッド12
の上に形成され、炭酸ガスレーザ光の吸収率が第1のク
ラッド12の吸収率よりも小さい第2のクラッド13
と、第2のクラッド13の上に形成され光通信用のレー
ザ光等を伝送するコア14と、第2のクラッド13及び
コア14の上に形成され、炭酸ガスレーザ光の吸収率が
第2のクラッド13の吸収率よりも小さい第3のクラッ
ド15とで構成されている。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 石英系材料からなるコアと、該コアの回
    りに該コアより小さな屈折率を有する石英系材料からな
    るクラッドとを備え、光ファイバと炭酸ガスレーザ光で
    接続される石英系導波路型光部品において、前記クラッ
    ドを、上記炭酸ガスレーザ光に対する吸収率が異なる少
    なくとも2つの層で構成したことを特徴とする石英系導
    波路型光部品。
  2. 【請求項2】 前記クラッドを、前記コアを上下に挟む
    2つの層で形成すると共に、前記コアより上側に形成し
    たクラッドの炭酸ガスレーザ光に対する吸収率を、前記
    コアより下側に形成したクラッドの炭酸ガスレーザ光に
    対する吸収率より小さな値になるように形成したことを
    特徴とする請求項1に記載の石英系導波路型光部品。
  3. 【請求項3】 前記クラッドを、複数の層で構成すると
    共に、上記炭酸ガスレーザ光の照射方向に対して順次吸
    収率が大きくなるように形成したことを特徴とする請求
    項1に記載の石英系導波路型光部品。
  4. 【請求項4】 石英系材料からなるコアと、該コアの回
    りに該コアより小さな屈折率を有する石英系材料からな
    るクラッドとを備え、光ファイバと炭酸ガスレーザ光で
    接続される石英系導波路型光部品において、前記クラッ
    ドを、炭酸ガスレーザ光に対する吸収率が、上記炭酸ガ
    スレーザ光の照射方向に連続して大きくなるように形成
    したことを特徴とする石英系導波路型光部品。
JP15228292A 1992-06-11 1992-06-11 石英系導波路型光部品 Pending JPH05341142A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002196164A (ja) * 2000-12-22 2002-07-10 Sumitomo Electric Ind Ltd 光導波路デバイス

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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JP4543551B2 (ja) * 2000-12-22 2010-09-15 住友電気工業株式会社 光導波路デバイス

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