JPH06201929A - 光導波路の封入体 - Google Patents

光導波路の封入体

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JPH06201929A
JPH06201929A JP5088837A JP8883793A JPH06201929A JP H06201929 A JPH06201929 A JP H06201929A JP 5088837 A JP5088837 A JP 5088837A JP 8883793 A JP8883793 A JP 8883793A JP H06201929 A JPH06201929 A JP H06201929A
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optical
optical waveguide
support
fiber
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JP5088837A
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Goeran Palmskog
パルムスコッグ ゴーラン
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Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 光導波路からの光信号の引出しを容易にする
ため、導波路の光伝導コアに対応する屈折率整合媒質か
ら成る弾性封入材料を用い、光信号引出し装置を封入材
料へ押し下げるようにし、従来の諸欠点を取り除いた光
導波路の封入体を提供すること。 【構成】 光導波路(23)の光伝導コア(30)と整
合する屈折率を有する媒質を以て封入材料(32)が構
成され、光伝導コア(30)の屈折率が封入材料(3
2)の屈折率よりも大であり、封入材料(32)が弾性
を有するものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光学媒質、望ましくは
ポリイミド、を含む光導波路の、光信号の引出しを容易
にするための封入体に関する。
【0002】
【従来の技術】現今の光ファイバ通信分野、そしてまた
特に電気通信分野内においては、光ファイバの通信状況
を確認するために、光信号を引き出し得ることが望まし
い。現在、光信号は、恒久的に取り付けられた引出し装
置を用いてファィバへ引き出されている。ファイバは、
光伝導コアとクラッドとで構成されている。光信号を引
出し装置へ受容され易くするため、引出し場所でクラッ
ドが除去されるか、またはファイバが曲げられる。引出
し装置は、コアからの光信号をそのエバネセンス場を経
て引き出すべく機能する。
【0003】米国特許第3,982,123号には、フ
ァイバが破壊されることを必要とせずに光ファイバから
の光信号を引き出す方法が開示されている。この特許の
発明の概念はファイバの通信状況を確認すべくそれを調
査することであり、信号引出しは、何事によらず、どこ
でも、通信を妨げることなく行うことができる。これ
は、この場合、光信号の引出しを行い得るように、光検
出器を組み込んだ材料で構成された引出し装置を光伝導
コア上またはファイバ上に置くことにより達成される。
光ファイバは、低い光学的損失を有するコアと、コアよ
りも低い屈折率を有するクラッドとで構成されている。
【0004】前記特許に記載され第一方法には、ファイ
バからクラッド材料の全て、またはほとんど全てを除去
することが包含されている。次いで光伝導コア上に検出
器が確実に置かれるが、そのストリップされる領域は光
ファイバ内の波長の少なくとも3倍でなければならな
い。
【0005】光信号を引き出す別の方法は、クラッド材
料を除去せずに光ファイバを曲げることである。これに
より光信号を、クラッドを経て抽出し且つ光検出器で捕
そくすることができる。引出しは、双方の場合において
恒久的に行われる。
【0006】米国特許第4,784,452号には、光
ファイバ上に置かれた引出し装置を用いて引出しを行う
方法が記載されている。このファイバは、光伝導コアお
よび少なくとも一つのクラッド材料で構成されている。
引出し装置、プローブ、は、信号が引き出されたファイ
バと同じ形式の光ファイバである。このプローブは、光
伝導コアを包含する自由端部を備えている。このファイ
バから光信号を引き出すためには、コアを露出させるた
め、クラッドを除去することが必要である。プローブ
は、ファイバの露出された部分に接してプローブの自由
端部を配置し、この露出された領域で使用される。可能
な最良の引出し効果を得るためには、プローブ軸線とフ
ァイバ軸線とにより画定される角度に適応することが必
要である。結合媒質がプローブの領域とファイバの露出
された部分とを連結し、ファイバの露出された部分から
の光信号をプローブに伝導する。中実且つ硬質の材料で
ある結合媒質により、ファイバに対してプローブが固定
される。
【0007】光伝導コアをポリイミドで構成できること
が各種の実験に示されている。ニュー・ディヴエロプメ
ンツ(New developments)(199
0)、オプティカル・シン・フィルムズ(Optica
l Thin Films)III、SPIE第132
3巻所載、米国、シアトル(Seattle)、ボーイ
ング・エアロスペース・アンド・イレクトロニクス(B
oeing Aerospace and Elect
ronics)社、C.P.チェン(Chien)およ
びK.K.チャークリーヴォルトリー(Chakrav
ortory)による論文「ディペンデンス・オブ・プ
リカーサ・ケミストリー・アンド・キュアリング・コン
ディションズ・オン・オプティカル・ロス・キャラクタ
リスティックス・オブ・ポリイミド・ウェイヴガイズ
(Dependence of Precursor
Chemistry and Curing Cond
itions on Optical Loss Ch
aracteristicsof Polymide
Waveguides)」には、ポリアミドが光ファイ
バ・コアに対する良好な材料であることが開示されてい
る。ポリアミドは、他の集積回路材料と両立し得る良好
な熱安定性および3.5という誘電指標を備えている。
この材料は、GHz周波数範囲の光電気回路における如
き光伝送器として充分に機能する。ポリアミドの利点
は、コアを製造する際、コアを一緒に固く包み得ること
である。そのほかのポリアミドのデータは、それが、紫
外線に露出された場合、1.6(1.58〜1.62)
の屈折率と約1dB/cmのコア内の光学的損失とを有
していることである。
【0008】光伝導コアの屈折率整合媒質としてシリコ
ーン・エラストマを用い、諸実験が行われた。雑誌IE
E、プロスィーディングス・イレクトロニック・コンポ
ネンツ・コンティニュード(Proc.Electro
n.Compon.Cont.)、第39号、486〜
9ページ所載、米国、ニュージャージー(N.J.)
州、エイティーアンドティー・ベル・ラボラトリーズ
(AT&T Bell Laboratories)
社、ロバート.W.フィラス(Robert W.Fi
las)、B.H.ジョンソン(B.H.Johnso
n)およびC.P.ウォン(C.P.Wong)による
論文「インデックス・マッチング・エラストマーズ・フ
ォア・ファィバ・オプティックス(Index Mat
chingElastomers for Fiber
Optics)」には、シリコーン・エラストマが、
良好なコア屈折整合材料であることが開示されている。
ジフェニルの濃度および温度の関数としての共重合体反
射は、エラストマ内にコアを封入された単一モード導波
路の反射強度を測定することによって得られる。シリコ
ーンゴム材料について、コアの屈折率と同じ屈折率を得
ることができる。シリコーンゴムは、異なる構成要素間
の界面として利用することができる。別の方法は、例え
ば、水分やダストに対する防護物としてシリコーンゴム
を利用することである。
【0009】現在、空気は、光波伝導体の光伝導コアに
対する屈折媒質として利用されている。空気は、ポリイ
ミドよりもはるかに低い屈折率を備えている。空気の屈
折率は1、ポリイミドの屈折率は1.6、そしてシリコ
ーンゴムの屈折率は1.5である。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】周知されている初期の
諸解決策についての一つの欠点は、恒久的に取り付けら
れた装置を用いて光ファイバから光信号が引き出されて
いることである。これは、光信号がファイバから、クラ
ッドが除去されているその上の特定の場所で引き出され
ることを意味する。初期の諸解決策は、そのほかの数多
くの諸欠点に煩わされている。この欠点の一つは、ファ
イバ導波路上でしか光信号を引き出し得ないこと、およ
び引出しが生起すべき場所からクラッドを除去する必要
があることである。引出し装置は、光ファイバ上の、ク
ラッドが除去された場所へ確実に布置されなければなら
ない。恒久的な分枝における引出しは過度に高い損失を
もたらす。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、光信号
が更に簡単な様態で引き出されることを可能にさせる、
初期の諸解決策が備えていた欠点のない光導波路を得る
ことにある。
【0012】本発明の概念は弾性封入材料、弾性クラッ
ド内に光導波路を封入することである。封入材料が弾性
であるため、引出し装置、プローブ、をクラッド内へ光
伝導コアに向けて押し下げることができる。これにより
プローブはコアを取り巻くエバネセンス場から光を取り
出すことができ、それにより、クラッド材料の一部分を
除去することを必要とせずに引出しを行うことができ
る。
【0013】本発明は、導波路の所望の物理的諸性質を
簡単な様態で達成させる材料の選定に関する。その新規
な特徴は、導波路のクラッドを弾性封入材料、例えばシ
リコーンゴム、に取り替えることにある。
【0014】光導波路は、ある場合には光波伝導体、他
の場合には光ファイバである。二つの光導波路は、薄
層、光伝導コアおよび封入材料を包含する支持体上へ光
導波路がしっかり着座するが光ファイバは光伝導コアと
封入材料とで構成されるという程度に互いに異なってい
る。
【0015】第一の代替方法によれば、光伝導コア上お
よび光導波路に連結される構成諸要素上へ充分に延在す
る防護被覆として封入材料が使用される。光導波路およ
び構成諸要素は支持体へ確実に取り付けられる。封入材
料は弾性材料であり、且つまた光学的に透明であって、
三つの異なる機能を備えている。これらの機能の第一
は、コア中から外へ光信号を伝導しない屈折率整合媒質
を得るためにコアを被覆することである。これらの機能
の第二は、光導波路の端部と、光信号を送出または受容
する構成要素、例えばレーザ・ダイオード、との間の光
伝導層として作用することである。それは、コアからレ
ーザ・ダイオードへ、またレーザ・ダイオードからコア
へ光信号を伝導する結合材料として用いられる。光につ
いての開口数は、封入材料の屈折率を用いて制御され
る。封入材料は、レーザ・ダイオードの窓の外側にあ
る。封入材料の第三機能は、支持板、例えば連結装置に
幾つかの構成要素が取り付けられる場合、外部の諸影響
に対して構成諸要素およびコアを防護することである。
【0016】別の代替方法によれば、光ファイバ・クラ
ッドが、光伝導コアの回りに設けられた封入材料で構成
されている。
【0017】本発明によれば、光導波路上の所与の引出
し場所へ引出し装置を恒久的に固定することを必要とせ
ずに光信号を引き出すことができる、という利点が得ら
れる。別の利点は、導波路が支持体上へしっかり着座し
ている場合に光導波路から光を引き出すことができるこ
とである。それ以前に光信号は、光導波路に取り付けら
れた支持体からは引き出されていない。従って、この種
のシステムから光信号を容易に引き出し得ることがわか
る。そのほかの利点は、望むならば引出しを一時的に行
うことができ且つ、光引出しプロセス中、弾性的封入に
よりダスト、空気および湿度などの外部環境の影響に対
して防護される、という事実にある。
【0018】本発明のそのほかの諸目的およびそれによ
りもたらされる諸利点は、添付図面に関連して後段に説
明する好適な諸実施例により明白となろう。
【0019】
【実施例】添付図面の諸図は一定の比例に応じて描かれ
ておらず、単に、本発明の概念を得て理解するに必要な
部分を示すものである。
【0020】第一実施例が図1から図3に示されてい
る。図1には、支持体21、連結装置25、光導波路2
3および光を発出または受容する光学的構成要素24を
含む集成装置20が示されている。
【0021】図2は、図1に示す集成装置の、前記図の
線A−Aおよび光学的構成要素24についての断面図で
ある。支持体21上には、光伝導コア30に対する屈折
媒質として機能すべく意図された極めて薄い層40が取
り付けられている。コア30の一方の端部と構成要素2
4との間には極めて狭いギャップ31が存在する。連結
装置25は、コア30の他方の端部へ直接に連結されて
いる。構成要素24およびコア30の頂部には弾性封入
材料32が備えられている。
【0022】図3は、図1に示す光導波路23の、前記
図における線B−Bについての拡大断面図である。図3
には、光伝導コア30、支持体21上の薄層40および
封入材料32から成る光導波路が示されている。封入材
料はコア30よりも低い屈折率を有する。層40は支持
体21上にあり、コア30は層40の頂部にある。封入
材料32は、支持体21上にある全てのものを被覆す
る。
【0023】図1に示す支持体21は、半導体用として
代表的な種類のシリコン・ディスクである。このディス
クは、幾つかの光導波路23、構成要素24および連結
装置25をその上に取り付けることもできる。支持体2
1はまた、コア30よりも低い屈折率を支持体21が有
するという条件で、回路板材料、ガラス材料または他の
何れかの種類の材料で構成することもできる。コア30
における減衰は、できる限り低いことが重要である。
【0024】図2および図3の諸例示の光導波路23
は、別個の3部分、即ち、支持体21へ着座された薄層
40、コア30および封入材料32から成っている。層
40は二酸化けい素で構成され、支持体21はシリコン
で構成されている。支持体は、コア30よりも低い屈折
率を、それがそこから光を伝導しないように、備えなけ
ればならない。光伝導コア30は細い線またはフィラメ
ントの形態にスクリーニングされ、単一モードについて
は5〜10μの幅、多重モードについては40〜100
μの幅を有する。コア30を取り付ける際には、写真パ
ターン化自在のポリイミドが用いられるが、これは異な
る2形式の一つ、プロビミド412またはプロビミド3
48の何れかであれば良い。これらのポリイミドは、支
持体21上へ湿式エッチングされる。湿式エッチングは
光伝導コア30の製造における安価且つ簡単な生産技法
である。前述の方法は、支持体21が大きい、例えば完
全な回路板である場合にも適用できる。コア30を作り
得る他の物質には、アクリレート、ポリメタクリレート
およびポリスチレンが包含される。非写真パターン化自
在のポリイミドが利用可能であるが、その場合には構造
体をエッチングすることができる。単一モードを選択す
る場合には、封入材料を、多重モードの場合におけるよ
りも更に一層限定しなければならないので、正確な屈折
率を得ることがやや困難である。
【0025】光学的構成要素24は、例えば、レーザ・
ダイオードまたは発光ダイオードを包含することもでき
る。支持体21がシリコン製である場合には、正確な屈
折率を得るため、先ず二酸化けい素が薄層40へ付着さ
れる。コア30は前記ポリイミド材料から成り、二酸化
けい素上に湿式エッチングされる。次いで、レーザ・ダ
イオードへ電流を送出するため、レーザ・ダイオードが
取り付けられる場所に金電極が付着される。寸法が0.
2×0.3mmのレーザ・ダイオードが、約5×5mm
の寸法の支持材へ確実にはんだ付けされる。レーザ・ダ
イオードのレーザ発出部分、窓、は寸法が1.5×1μ
で、レーザ・ダイオードはここで光導波路へ光を伝導す
る。図1の集成装置の別の構成要素は連結装置25であ
るが、これは簡単な連結装置である。最後に組立体が封
入材料、例えばシリコーンゴム、内へ封入される。
【0026】極めて高温になる一つの領域がレーザ・ダ
イオード領域である。これは、レーザ・ダイオードが可
成りの熱を発出するためである。この熱は、熱運搬体と
して用いられる小さいダイヤモンド・ディスクにより消
散させることができる。これにより、封入材料は、この
材料が劣化され且つ分解されるほど高温になることを防
止される。図2の実施例の場合、封入材料32はエラス
トマの形式のシリコーンゴムである。封入材料32は、
光伝導コア30から光信号が引き出され得るように機能
する。封入材料は弾性を有するため、光伝導プローブを
弾性封入材料内へ、コア30に向けて押し下げることが
できる。シリコーンゴムは光学的に伝導性である。封入
材料32は、構成要素24,25を支持する支持体21
上へ、それが依然成形可能である間に置くことができ、
その後、シリコーンゴムが弾性となるように硬化するこ
とができる。シリコーンゴムは開口数、導波特性、を制
御することもできるので、それは屈折媒質として充分に
適している。シリコーンゴムの使用により構成要素2
4,25および光伝導コア30上の防護被覆が得られ、
この被覆層によっても同時に良好な光学的諸特性が得ら
れる。更にまた、このゴムは弾性を有し、熱応力を取り
除くことができる。封入材料32は支持体21上の3位
置で用いられ、第一に封入材料32はコア30を封入す
る。第二にそれは構成要素24,25を封入する。第三
にそれは、コア30および光学的構成要素24間の屈折
率整合媒質として機能する。開口数は、屈折率を用い、
屈折率整合媒質により制御される。
【0027】封入材料32は、異なる幾つかの方法で布
置することができる。一つの方法は、封入材料32の小
さいビードを支持体21上へ押圧し、次いで、表面充て
ん材を付着させる際に用いられたそれと類似の方法で前
記材料を支持体上に均すことである。別の方法はスピニ
ング法である。このスピニング技法には、封入材料32
を支持体21の中心に置き、次いで、封入材料32が、
簡単且つ効果的な様態で、生成される遠心力により支持
体21の全体に広がるように、スピニング・マシン内で
支持体を回転させることが包含されている。この技法に
より、支持体21上へ均等に且つ薄く広がった封入材料
32がもたらされる。
【0028】前述の集成装置20は、光導波路上へ直接
に付着された光伝導プローブを用いて光信号を引き出す
方法に用いられる。弾性封入材料32を通して下方へプ
ローブを押しやることにより、コア30を取り巻くエバ
ネセンス場を受容する程に光伝導コア30へ近接するこ
とができる。実際上、コア30には損失が全く生じな
い。プローブは封入材料内へ余り深く挿入されないこと
が重要であるが、それは、その場合、封入が恒久的に変
される可能性があるからである。他方、プローブ35が
封入材料32内へ充分に深く押圧されなければ、それは
エバネセンス場を受容することができない。プローブと
コア30との間の距離は、μ未満の、適切な水準の大き
さでなければならない。各引出し作業について同じ正確
な距離が得られることを確認するため、距離測定器を用
いることができる。
【0029】本方法は次の如くであり、第一段階におい
ては、光伝導プローブのファイバ端部が封入光導波路に
向けて押し下げられる。第二段階においては、材料の弾
性が許容する範囲まで前記材料を弾性的に変形させなが
ら、あるいは残留変形、降伏、が恒久的とならぬよう
に、プローブのファイバ端部が封入材料内へ押圧され
る。最終段階においては、光信号の一部分がプローブに
よって受容されるように、プローブのファイバ端部が光
導波路23に対してある角度に置かれる。プローブは所
与の光信号を引き出すため、ある角度に置かれる。この
角度が変更されると、プローブ内に別の光信号が得られ
る。
【0030】可能な最良の引出しを達成すべく、光伝導
プローブのファイバ端部が光導波路と幅を等しくされる
ことは銘記されるべきである。更にまたプローブは、光
伝導コアと同じ材料、または同等以上に高い屈折率を有
する材料から製造されるべきである。プローブはまた、
プラスチック・ファイバから製造することもできる。
【0031】本方法はまた、望むならば、光伝導プロー
ブが光導波路へ恒久的に固定されることを可能にさせ
る。プローブは、光信号引出し作業の完了と同時に、封
入の残留変形を残さずに取り除かれる。光導波路上への
光信号を引き出す場合、引出しを生起させ得るためにそ
れ以上の処置は不要である。
【0032】図4には、集成装置の別の実施例が示され
ている。図4は、光伝導コア2および弾性封入材料3か
ら成る光ファイバ1を示す。コア2は、例えばポリイミ
ドを含むこともでき、封入材料3よりも高い屈折率を有
する。コア封入には、望ましくはシリコーンゴムである
弾性材料が包含される。材料が弾性であるため、引出し
装置、プローブ、を封入材料3内へ挿入することがで
き、プローブがエバネセンス場へ到達した際に引出しを
生起させることができる。光ファイバ1は種々の電話局
間または、例えば、種々のコンピュータ間に延在するこ
ともできる。光ファイバは長距離にわたり延在すること
もでき、ファイバの通信状況を確認すべく光ファイバを
調査することが時折り必要である。図示のファイバ1
は、支持体に支えられず、自由に位置している。
【0033】光ファイバ1は、光導波路23に関連して
説明されたそれと同じ方法で引き出すことができる。第
一方法段階を開始する前に、引出しを生起させるべく、
硬質支持面上にファイバ1を置かなければならない。光
ファイバ1が左程たわみ性でない場合、プローブは、そ
れを硬質面上に支えることなく、ファイバ内に挿入する
ことができる。
【0034】今日の金属封入技法を用いる場合、レーザ
・ダイオードを封入するには、実に費用がかかる。構成
諸要素を支持体上へ封入することについての利点の一つ
は、それが比較的に安価であるということである。弾性
を有する封入材料を用いることについての別の利点は、
プローブを材料内に押圧でき且つ光信号が引き出される
ということである。別の利点は、前述の実施例による光
導路を安価且つ簡単に生産できるということである。本
方法はまた、一時的な場合に、光導波路から光信号が引
き出されることを可能にさせる。弾性封入材料の利用に
ついてのそのほかの利点は、光学的諸要素が高温になる
際それらから派生する動きを、この材料が吸収し得るこ
とである。
【0035】本発明が、説明され且つ図示されたその実
施例に限されないこと、および添付クレイムの範囲内で
諸修正をなし得ることは理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【図1】シリコン・ディスク上に取り付けられた、本発
明の第一実施例による光導波路の平面図。
【図2】図1の線A−Aについての、本発明の第一実施
例によるシリコン・ディスク上の光導波路の拡大断面
図。
【図3】図1の線B−Bについての、本発明の第一実施
例によるシリコン・ディスク上の光導波路の拡大断面
図。
【図4】本発明の第二実施例による光ファイバの断面
図。
【符号の説明】
21 支持体 23 光導波路 24 構成要素 30 光伝導コア 32 封入材料 40 層

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光学媒質、望ましくはポリイミド、から
    成る光導波路の、光信号の引出しを容易にするための封
    入体において、導波路の光伝導コアと屈折率が整合する
    媒質で封入物質が構成されること、光伝導コアの屈折率
    が封入材料の屈折率よりも高いこと、および封入材料が
    弾性材料であることを特徴とする封入体。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の封入体において、封入
    材料がシリコーン・エラストマから成ることを特徴とす
    る封入体。
  3. 【請求項3】 請求項1に記載の封入体において、光導
    波路が、専ら封入材料を以て封入されることを特徴とす
    る封入体。
  4. 【請求項4】 請求項2に記載の封入体において、光導
    波路が支持体上に取り付けられる場合の封入体におい
    て、支持体が、光伝導コアの屈折率よりも低い屈折率を
    有する層をそこに付着させていること、この層の上に光
    伝導コアが取り付けられることおよび封入材料が光伝導
    コア全体を被覆することを特徴とする封入体。
  5. 【請求項5】 請求項4に記載の封入体において、光学
    的および/または電気的構成要素が支持体上に取り付け
    られる場合の封入において、封入材料が、光学的および
    電気的構成要素を被覆し且つ光伝導コアと光学的構成要
    素との間の空所を充てんすることを特徴とする封入体。
  6. 【請求項6】 請求項5に記載の封入体において、スピ
    ニング技法を用いて封入材料を付着させることを特徴と
    する封入体。
JP5088837A 1992-04-16 1993-04-15 光導波路の封入体 Pending JPH06201929A (ja)

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