JPH06167635A - 光導波路部品の接続構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 特別の高精度な技術を必要とせず、光導波路
部品と他の光部品とを簡易かつ精度良く光結合させるこ
とのできる光導波部品の接続構造を提供する。 【構成】光導波路が形成された導波路基板１には正四角
錐状の溝１ａが掘られ、この溝１ａとベース板３の溝３
ｂとの間に球２を挟んで導波路基板１はこのベース板３
上に保持されている。ベース板３とファイバアレイ基板
５との相対位置はガイドピン４が各Ｖ溝３ａおよび５ａ
に係合されることによって定まり、光導波路端面と光フ
ァイバ６端面との相互位置が一致させられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光導波路端面が他の光部
品に当接されて光導波路が他の光部品と光学的に結合さ
れる光導波路部品の接続構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、光ファイバどうしの接続構造とし
ては、特開昭５４−７３０６１号公報に開示されたもの
がある。同公報には次のような光ファイバアレイどうし
の光接続構造が開示されている。用意された一対の各シ
リコン（Ｓｉ）基板には断面がＶ字状の溝が平行に形成
されており、一方のＳｉ基板の各Ｖ溝にガイドピンが係
合させられている。このガイドピンの一端は基板端部か
ら突出しており、この突出部に他方のＳｉ基板に形成さ
れたＶ溝が係合させられている。各Ｓｉ基板にはガイド
ピンが係合させられるＶ溝の他、このＶ溝に平行に光フ
ァイバを保持するためのＶ溝が複数形成されている。各
Ｓｉ基板の端面がガイドピンによってその位置が矯正さ
れて突き合わされ、各Ｓｉ基板に保持された光ファイバ
端面どうしが当接されることにより、各光ファイバアレ
イは光結合している。

【０００３】光ファイバと光導波路との接続構造に関し
ても、上記と同様なＶ溝およびガイドピンを用いるもの
がある。つまり、Ｖ溝が形成された一対のＳｉ基板の一
方に光導波路が形成されており、このＶ溝にガイドピン
が係合されることにより、光ファイバを保持する他方の
Ｓｉ基板との相対的な位置が上記と同様に矯正される。
この位置矯正によって、光導波路端面と光ファイバ端面
とが当接され、光導波路と光ファイバとは光結合する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の光接続構造においては、Ｓｉ基板に帯状に形成され
るＶ溝の開口寸法、つまり、溝幅を常に一定幅に保つの
は困難であった。すなわち、このＶ溝は結晶方向によっ
てエッチング速度が異なるＳｉ基板のエッチング異方性
を用いて形成されているのであるが、Ｖ溝に対応してエ
ッチングマスクに形成されたスリットの方向を、Ｓｉ基
板の特定の結晶方向に合わせる必要がある。しかし、帯
状に開口したマスクのスリット方向とＳｉ基板の異方性
を持つ特定の結晶方向とが一致せずにずれると、Ｓｉ基
板のエッチング異方性によってマスクのスリット幅より
大きな溝幅を持つＶ溝が形成されてしまう。溝幅の寸法
が変化することは溝の深さが変化することであり、Ｖ溝
の深さが変化するとガイドピンとＳｉ基板とが接触する
位置が変わってしまう。この結果、ガイドピンに対する
各Ｓｉ基板の位置関係は変わってしまう。

【０００５】光ファイバを保持するＳｉ基板において
は、ガイドピンに係合するＶ溝と光ファイバを保持する
Ｖ溝とは、同一マスクを用いた同一の異方性エッチング
により形成されるため、マスクがＳｉ基板の結晶方向か
らずれても、形成される各Ｖ溝の溝幅は同一の比率で広
がる。従って、ガイドピンおよび光ファイバがＳｉ基板
の各Ｖ溝に接する相対位置は変化しないことになる。

【０００６】一方、光導波路が形成されるＳｉ基板にお
いては、まず、光導波路が基板表面に形成された後、こ
の光導波路に対して所定の位置関係を持つ基板表面にガ
イドピンが係合されるＶ溝が形成される。従って、この
Ｖ溝を形成する時のマスク合わせにおいて、Ｓｉ基板の
結晶方向に対してエッチングマスクのスリット方向がず
れると形成されるＶ溝の幅は広がり、このＶ溝に係合す
るガイドピンと光導波路との位置関係には誤差が生じ
る。このため、導波路基板に形成されたＶ溝にガイドピ
ンを係合させ、このガイドピンに光ファイバ保持基板の
Ｖ溝を係合させても、ガイドピンに対する光導波路の位
置に誤差があるため、光導波路端面と光ファイバ端面と
は正確に一致せず、各光軸にずれが生じた。この結果、
光導波路と光ファイバとの接続部において光結合損失を
生じることになる。

【０００７】また、マスクのスリット方向とＳｉ基板の
結晶方向とを一致させるには高精度のマスクパターン合
わせ技術が必要とされ、生産性は劣化する。

【０００８】本発明はこのような課題を解消するために
なされたもので、特別の高精度な技術を必要とせず、光
導波路部品と他の光部品とを簡易かつ精度良く光結合さ
せることのできる光導波路部品の接続構造を提供するこ
とを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、光導波路端面
が他の光部品に当接されて光導波路が他の光部品と光学
的に結合される光導波路部品の接続構造において、光導
波路が形成された導波路基板に錐状または頭部が裁断さ
れた錐状の溝が掘られ、この溝と基台との間に球を挟ん
で導波路基板はこの基台上に保持され、この基台に断面
がＶ字状または台形状の第１の溝が形成され、この第１
の溝に円柱状ピンが係合され、この円柱状ピンが他の光
部品に係合され、基台に形成された第１の溝の深さおよ
び円柱状ピンの径の各値が所定値に設定されて導波路基
板に形成された光導波路および他の光部品の各光軸の垂
直位置が一致させられていることを特徴とするものであ
る。

【００１０】また、導波路基板に一定間隔で上記の錐状
の溝が形成され、基台にこの間隔と等しい間隔で平行す
る断面がＶ字状または台形状の第２の溝が第１の溝に対
して所定の相対位置に形成され、導波路基板に形成され
た溝と基台に形成された第２の溝との間に球が挟まれて
導波路基板と基台とが対向させられ、導波路基板に形成
された光導波路および他の光部品の各光軸の水平位置が
一致させられていることを特徴とするものである。

【００１１】また、導波路基板、球および基台は樹脂に
よって一体化されていることを特徴とするものである。

【００１２】また、導波路基板は（１，０，０）面を主
表面とするシリコン基板からなり、導波路基板に掘られ
る錐状または頭部が裁断された錐状の溝は異方性エッチ
ングにより形成されていることを特徴とするものであ
る。

【００１３】また、異方性エッチングは、円形の開口部
を持つマスクを用いて行われていることを特徴とするも
のである。

【００１４】

【作用】導波路基板に形成される溝は錐状または頭部が
裁断された錐状に掘られるため、錐の向きがずれても錐
の中心位置は変わらない。このため、溝の中心位置は導
波路基板の結晶方向に依存せずに決定される。

【００１５】例えば、導波路基板が（１，０，０）面を
主表面とするＳｉ基板からなる場合には、直交する＜
０，１，／１＞方向および＜０，／１，／１＞方向は順
メサ方向になり、異方性エッチングにより導波路基板に
は断面が四角錐状または頭部が裁断された四角錐状の溝
が形成される。この際、円形の開口部を持つマスクを用
いてエッチングを行うと、Ｓｉ基板のエッチング異方性
により、導波路基板には正四角錐状の溝が形成される。

【００１６】また、光導波路が形成された導波路基板と
他の光部品との相互の垂直方向の位置は、基台に対する
導波路基板の高さと基台に対する円柱状ピンの中心の高
さとの相対関係によって定まり、基台に形成された第１
の溝の深さおよびこの第１の溝に係合される円柱状ピン
の径によって設定される。導波路基板と他の光部品との
相互の水平方向の位置は、球が係合される第２の溝と円
柱状ピンが係合される第１の溝との相対位置によって設
定される。

【００１７】また、導波路基板、球および基台が樹脂に
よって一体化されることにより、各部品がばらばらにな
らなくなり、光導波路部品の取扱いが向上する。

【００１８】

【実施例】図１は本発明の第１の実施例による光導波路
部品と光ファイバとの接続構造を示す斜視図である。

【００１９】本接続構造の下では、導波路基板１が球２
を介してベース板３に載置され、ガイドピン４によって
ベース板３とファイバアレイ基板５との相対位置が定め
られ、導波路基板１に形成された光導波路とファイバア
レイ基板５に保持される光ファイバ６とが光接続され
る。

【００２０】ベース板３はステンレスまたはＳｉ材料か
らなり、その表面には２種類の線状の溝３ａ，３ｂが形
成されている。溝３ａは、ステンレス材料等からなるガ
イドピン４が係合される一対の平行溝であり、間隔は距
離Ｌａに設定されている。この平行溝３ａに挟まれたベ
ース板３の表面にはより浅い一対の平行溝３ｂが形成さ
れており、間隔は距離Ｌｂに設定されている。各溝３
ａ，ｂは断面がＶ字状になっており、ベース板３がステ
ンレス材料からなる場合には機械加工によって、Ｓｉ材
料からなる場合には機械加工もしくは異方性エッチング
によって各溝は同時に形成される。

【００２１】導波路基板１はＳｉ材料からなり、基板の
四隅には正四角錐状の溝１ａが形成されている。図２は
この導波路基板１を示す三面図である。同図（ａ）は平
面図，同図（ｂ）はIIb −IIb 線に沿って導波路基板１
が破断された破断側面図，同図（ｃ）はIIc −IIc 線に
沿って導波路基板１が破断された破断正面図を示してい
る。導波路基板１には例えばレーザ発振等する光機能部
７ａが形成されており、この光機能部７ａは光導波路７
ｂ，ｃによって外部装置に光接続される。また、この三
面図から、溝１ａは正方形の開口面を底面とし一点を頂
点とする正四角錐状に形成されていることが理解され
る。各溝１ａの幅方向の中心間隔は距離Ｌｂをおいて形
成されており、ベース板３に形成された平行溝３ｂの間
隔に等しく設定されている。各溝１ａの頂点を結ぶと一
辺がＬｂの四角形になる。導波路基板１に形成されたこ
れら各溝１ａとベース板３に形成された平行溝３ｂとの
間には図１に示す球２が挟まれ、導波路基板１とベース
板３とはこの球２を介して対向させられる。各球２は例
えばステンレス材料からなり、各球２の直径は等しく設
定されている。上記の溝１ａは次のように形成される。

【００２２】導波路基板１は（１，０，０）面を主表面
とするＳｉ基板であり、ＫＯＨをエッチャントとする異
方性エッチングに対し、直交する＜０，１，／１＞方向
および＜０，／１，／１＞方向は順メサ方向になってい
る。溝１ａは、導波路基板１に光機能部７ａおよび光導
波路７ｂ，ｃが形成された後、ＳｉＯ₂ またはＳｉＮか
らなるエッチングマスクを用いて形成される。このエッ
チングマスクには、各溝１ａの頂点に対応する点を中心
とする円形窓が形成されており、この円形窓に露出する
導波路基板１がＫＯＨ溶液に浸される。溶液に浸された
Ｓｉ基板は、結晶方向によってエッチング速度が異なる
異方性により、上記した直交する２方向に順メサ状のＶ
溝が形成される。この結果、円形窓の中心に頂点がある
正四角錐状の溝１ａが掘られる。この正四角錐の底面は
導波路基板１の表面に正方形となって開口し、円形窓に
内接する。この正方形の一辺の方向はＳｉ基板の＜０，
１，／１＞方向に一致し、この一辺に垂直な他の辺の方
向はＳｉ基板の＜０，／１，／１＞方向に一致する。

【００２３】本実施例においては、エッチングマスクに
開口するパターンは円形であり、掘られる溝１ａの形状
は錐状であるため、導波路基板１のＳｉ結晶方向を考慮
する必要はない。すなわち、円形窓の各中心位置の相互
関係が溝１ａの各中心位置の相互関係に合っていれば、
異方性エッチングにより形成される各溝１ａ間のピッチ
Ｌｂおよび溝深さは導波路基板１の結晶方向にかかわら
ず変わらない。

【００２４】例えば、エッチングマスクが導波路基板１
の結晶方向に合っていない場合には、溝１ａの形成され
る向きが図３に示すようにずれるだけである。この場
合、各正四角錐の頂点の位置はエッチングマスクの円形
窓の中心に一致しており、正四角錐底面の正方形の各辺
の方向は異方性を示す直交する２方向に一致している。
溝１ａに形成された正四角錐の向きが上記のようにずれ
ても、球２の中心は溝１ａの中心と一致する。これは、
正四角錐の各側面と球２との接触点は、正四角錐の頂点
を中心とする同一の円周上にあるからである。また、溝
１ａの形成される向きがずれても、溝１ａの深さは変わ
らない。従って、溝１ａは導波路基板１の結晶方向を考
慮せずに形成することが可能であり、溝深さと溝間隔と
を設定するだけで、ベース板３に対する導波路基板１の
位置関係は決定される。

【００２５】また、このように導波路基板１ａの結晶方
向に関係せずに溝１ａを形成することができるため、光
導波路７ｂ，ｃの形成方向を導波路基板１の結晶方向に
合わす必要もない。

【００２６】図１に示すファイバアレイ基板５はステン
レスまたはＳｉ材料からなり、その表面には２種類の線
状の溝５ａ，５ｂが形成されている。溝５ａはガイドピ
ン４が係合される一対の平行溝であり、溝５ｂは光ファ
イバ６を保持する一対の平行溝である。各溝５ａ，ｂは
断面がＶ字状になっており、機械加工または異方性エッ
チングによって各溝は同時に形成される。ガイドピン４
が係合される平行溝５ａの中心間隔は距離Ｌａに設定さ
れており、ベース板３に形成された平行溝３ａの間隔に
等しく設定されている。また、Ｖ溝５ｂに保持される光
ファイバ６とＶ溝５ａに係合されるガイドピン４との相
対位置は、導波路基板１に形成された光導波路７ｂ，ｃ
とＶ溝３ａに係合するガイドピン４との相対位置に対応
している。

【００２７】このような構成において、導波路基板１に
形成された正四角錐状の溝１ａとベース板３に形成され
たＶ溝３ｂとの間に球２を挟んで導波路基板１がベース
板３に対向して載置され、ベース板３に形成されたＶ溝
３ａおよびファイバアレイ基板５に形成されたＶ溝５ａ
にガイドピン４が係合されると、図４に示す状態にな
る。同図において、図１と同一部分については同符号を
用いてその説明は省略する。

【００２８】導波路基板１は球２を介してベース板３上
に保持されており、ベース板３およびファイバアレイ基
板５はガイドピン４によってお互いの位置が矯正されて
いる。導波路基板１、ベース板３、球２およびガイドピ
ン４は樹脂８によってモールドされ、各部品相互の位置
が固定されている。ここで、導波路基板１の保持状態
は、Ｖ−Ｖ線に沿って破断した図５に示される断面図に
示される。正四角錐状の溝１ａおよび平行溝３ｂ間にあ
る球２に接して導波路基板１はベース板３上に保持され
ている。

【００２９】光導波路７ｂ，ｃが形成された導波路基板
１のベース板３に対する高さａは、球２の直径、正四角
錐状の溝１ａの深さおよびＶ溝３ｂの深さによって設定
される。また、ベース板３のファイバアレイ基板５に対
する垂直方向の位置は、ガイドピン４の中心とベース板
３の表面との高さｂによって定まり、Ｖ溝３ａの深さお
よびこのＶ溝３ａに係合するガイドピン４の直径によっ
て設定される。従って、光導波路７ｂ，ｃが形成された
導波路基板１と光ファイバ６を保持するファイバアレイ
基板５との相互の垂直方向の位置は、ベース板３に形成
されたＶ溝３ａの深さおよびガイドピン４の直径によっ
て設定される。このため、球２の直径、正四角錐状の溝
１ａの深さおよびＶ溝３ｂの深さの各絶対値を調整する
必要はなく、ベース板３のＶ溝３ａおよびガイドピン４
の直径を適正な値に設定することにより、光導波路７
ｂ，ｃと光ファイバ６との相対的な垂直位置を決定する
ことが可能となる。

【００３０】また、導波路基板１とファイバアレイ基板
５との相互の水平方向の位置は、球２が係合されるＶ溝
３ｂとガイドピン４が係合されるＶ溝３ａとの相対位置
によって設定される。つまり、ベース板３に形成された
Ｖ溝３ｂとＶ溝３ａとの水平方向の相対位置は、ガイド
ピン４に対する光導波路７ｂ，ｃの水平方向の相対位置
とガイドピン４に対する光ファイバ６の水平方向の相対
位置とが一致するように設定されている。

【００３１】この結果、光導波路７ｂ，ｃの端面と光フ
ァイバ６の端面とが上述した接続構造のもとで当接され
ることにより、光導波路７ｂ，ｃおよび光ファイバ６の
各光軸の垂直位置および水平位置は無調心で一致し、光
結合損失のない良好な光結合が実現される。この光結合
において、例えば、導波路基板１に形成された光機能部
７ａから発振されたレーザ光は光導波路７ｂ，ｃに出射
され、これに光結合した光ファイバ６に伝搬される。

【００３２】このような本実施例による光導波路と光フ
ァイバとの接続構造においては、導波路基板１に球２が
係合される溝１ａを形成する際、導波路基板１の結晶方
向を考慮せずにマスク合わせが行える。従って、従来の
ように、溝形成用のマスクパターンがＳｉ基板の結晶方
向からずれ、形成される溝幅が広がるといった問題は解
消される。また、高精度のマスク位置合わせ技術を必要
とせず、生産性よく光導波路と光ファイバとを接続する
ことが可能になる。また、光導波路７ｂ，ｃと光ファイ
バ６との相互の垂直位置は、ベース板３に対する導波路
基板１の高さａとベース板３に対するガイドピン４の中
心の高さｂとの相対関係によって設定され、各溝深さ等
の絶対値を制御するといった困難な作業を伴わずに定め
ることが可能になる。

【００３３】図６は、図４に示された樹脂モールドされ
た光導波路部品１１、および樹脂モールドされたファイ
バモジュール１２を示す斜視図である。光導波路部品１
１は前述したようにベース板３上に球２を介して導波路
基板１が保持された状態で樹脂モールドされており、フ
ァイバモジュール１２はファイバアレイ基板５上に光フ
ァイバ６が保持された状態で樹脂モールドされている。
光導波路部品１１およびファイバモジュール１２のガイ
ドピン４が係合するＶ溝３ａおよびＶ溝５ａの各部分に
は樹脂が充填されておらず、ピン穴Ａが開口している。
従って、各光部品に開口したこの穴Ａにガイドピン４が
挿入されることにより、各光部品は無調心で光結合され
る。このように導波路基板１、球２およびベース板３が
樹脂８によって一体化されることにより、各部品がばら
ばらにならなくなり、光導波路部品１１の取扱いが向上
する。

【００３４】なお、上記実施例の説明においては、導波
路基板１に形成される溝１ａを正四角錐状の溝として説
明したが、導波路基板１に対する異方性エッチングの時
間を調整して、溝１ａの形状を頭部が裁断された正四角
錐状に形成しても良い。また、ベース板３に形成する各
溝３ａ，ｂおよびファイバアレイ基板５に形成する溝５
ａは断面がＶ字状の形状として説明したが、断面が台形
状に上記各溝を形成しても良い。各溝をこのように形成
しても上記実施例と同様な効果が奏される。また、ベー
ス板３およびファイバアレイ基板５の材質はステンレス
またはＳｉ材料として説明したが、これに限定されるも
のではなく、他の材質を用いてベース板３およびファイ
バアレイ基板５を形成しても良く、上記実施例と同様な
効果が奏される。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、光
導波路に形成される溝は錐状または頭部が裁断された錐
状に掘られるため、錐の向きがずれても錐の中心位置は
変わらない。このため、溝の中心位置は導波路基板の結
晶方向に依存せずに決定される。また、光導波路が形成
された導波路基板と他の光部品との相互の垂直方向の位
置は、基台に対する導波路基板の高さと基台に対する円
柱状ピンの中心の高さとの相対関係によって定まり、基
台に形成された第１の溝の深さおよびこの第１の溝に係
合される円柱状ピンの径によって設定される。導波路基
板と他の光部品との相互の水平方向の位置は、球が係合
される第２の溝と円柱状ピンが係合される第１の溝との
相対位置によって設定される。また、導波路基板、球お
よび基台が樹脂によって一体化されることにより、各部
品がばらばらにならなくなり、光導波路部品の取扱いが
向上する。

【００３６】従って、本発明によれば、特別の高精度な
技術を必要とせず、光導波路と他の光部品とを簡易かつ
精度良く光結合させることのできる光導波路部品の接続
構造が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による光導波路部品の接続構
造を示す斜視図である。

【図２】導波路基板を示す三面図である。

【図３】マスク位置がずれた時に形成される溝を示す平
面図である。

【図４】導波路基板がベース板上に載置され、このベー
ス板とファイバアレイ基板とがガイドピンに係合した状
態を示す斜視図である。

【図５】導波路基板とベース板との保持状態を示す断面
図である。

【図６】各光部品が樹脂モールドされた状態を示す斜視
図である。

【符号の説明】 １…導波路基板、１ａ…正四角錐状の溝、２…球、３…
ベース板、３ａ，ｂ…Ｖ溝、４…ガイドピン、５…ファ
イバアレイ基板、５ａ，ｂ…Ｖ溝、６…光ファイバ、７
ａ…光機能部、７ｂ，ｃ…光導波路、８…樹脂。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光導波路端面が他の光部品に当接されて
   光導波路が他の光部品と光学的に結合される光導波路部
   品の接続構造において、 前記光導波路が形成された導波路基板に錐状または頭部
   が裁断された錐状の溝が掘られ、この溝と基台との間に
   球を挟んで前記導波路基板はこの基台上に保持され、 前記基台に断面がＶ字状または台形状の第１の溝が形成
   され、この第１の溝に円柱状ピンが係合され、この円柱
   状ピンが前記他の光部品に係合され、 基台に形成された前記第１の溝の深さおよび前記円柱状
   ピンの径の各値が所定値に設定され前記導波路基板に形
   成された前記光導波路および前記他の光部品の各光軸の
   垂直位置が一致させられていることを特徴とする光導波
   路部品の接続構造。
2. 【請求項２】 導波路基板に一定間隔で錐状または頭部
   が裁断された錐状の前記溝が形成され、基台に前記間隔
   と等しい間隔で平行する断面がＶ字状または台形状の第
   ２の溝が前記第１の溝に対して所定の相対位置に形成さ
   れ、 導波路基板に形成された前記溝と基台に形成された前記
   第２の溝との間に球が挟まれて前記導波路基板と前記基
   台とが対向させられ、 導波路基板に形成された前記光導波路および前記他の光
   部品の各光軸の水平位置が一致させられていることを特
   徴とする請求項１記載の光導波路部品の接続構造。
3. 【請求項３】 前記導波路基板、前記球および前記基台
   は樹脂によって一体化されていることを特徴とする請求
   項１または請求項２記載の光導波路部品の接続構造。
4. 【請求項４】 導波路基板は（１００）面を主表面とす
   るシリコン基板からなり、導波路基板に掘られる錐状ま
   たは頭部が裁断された錐状の前記溝は異方性エッチング
   により形成されていることを特徴とする請求項１または
   請求項２または請求項３記載の光導波路部品の接続構
   造。
5. 【請求項５】 異方性エッチングは、円形の開口部を持
   つマスクを用いて行われていることを特徴とする請求項
   ４記載の光導波路部品の接続構造。