JPH0694936A - 光導波路デバイスの位置合わせ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡単にかつ高精度に、光導波路デバイス入射
面と入射光スポットの相対的位置合わせを行うことがで
きる位置合わせ装置を提供する。 【構成】 被検基板１上には、光導波路デバイス（光ス
イッチング網３）が形成されていると共に、位置合わせ
用のダブルモード導波路４，５、ダブルモード導波路
４，５からの出射光を分岐させる導波路分岐手段６，
７、分岐された光をそれぞれ独立に検出する光検出１
２，１３，１４，１５が設けられている。光検出器１２
と１３及び１４と１５の差信号出力に基づいて、光ファ
イバアレイ２と光導波路デバイス入射面との相対的な位
置ズレ量、ズレ方向が検知される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、基板上に設けられた光
導波路デバイスとデバイスに入射させるべき入射光のス
ポットとを相対的に位置合わせするための装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】基板上に形成された光導波路デバイスを
動作させるあたっては、光導波路デバイスに光を入射さ
せる必要がある。その際、入射光を効率よく光導波路デ
バイス内に入射させるには、入射光スポットと光導波路
デバイスの入射面を適切な位置関係に配置する必要があ
る。ここで言う、適切な位置関係とは、入射光スポット
の界分布と光導波路デバイスの入射面近傍に立ち得る導
波モードの界分布の重なりが最も大きくなる位置関係の
ことである。

【０００３】光導波路入射面近傍に立ち得る導波モード
の界分布は、理論上光導波路の形状と屈折率分布から正
確にまたは近似的に求めることができる。また、入射光
スポット内の界分布は正規分布に代表されるように一般
に対称であり、そのピーク位置は容易に知ることができ
る。従って、最も適切な両者間の位置関係は、それぞれ
の形状から予め知ることができる。

【０００４】しかし、上記のように計算によって光導波
路デバイス入射面と入射光スポットの適切な位置関係を
求める方法は、光導波路デバイスの製造上の誤差などに
よって必ずしも適切な位置関係が得られないため実際に
は採用されておらず、従来においては次のような方法で
光導波路デバイス入射面と入射光スポットの位置合わせ
が行われている。

【０００５】即ち、従来においては、入射光スポットと
光導波路デバイス入射面とを適切な位置関係に配置する
ために、入射光スポットを光導波路デバイスの入射面に
入射させた後、光導波路デバイスの出射端からの出射光
を光強度検出器で検出する構成をとっている。そして、
入射光スポット（入射光の光源）と光導波路デバイス入
射面との相対位置関係の調整を試行錯誤的に繰り返すこ
とによって、光検出器からの出力が最大となった位置関
係を適切な位置関係としている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
従来の位置合わせ方法では、次のような問題点がある。
即ち、入射光スポットと光導波路デバイス入射面との位
置関係を調整するにあたって、両者の位置関係が適切な
位置関係に対してどの方向にずれているのか不明である
ので、試行錯誤的に位置関係を補正しなければならず、
その操作は煩雑なものとなる。また、試行錯誤的に光検
出器からの出力が最大となる位置関係を決定する場合、
適切な位置関係を見落とす懸念もある。

【０００７】本発明は係る点に鑑みてなされたものであ
り、簡単にかつ高精度に、光導波路デバイス入射面と入
射光スポットの相対的位置合わせを行うことができる光
導波路デバイスの位置合わせ装置を提供することを目的
とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１の位置合わせ装
置は、被検基板上に形成された光導波路デバイスの入射
面と該入射面に入射させるべき入射光のスポットとを相
対的に位置合わせするための装置であって、上記の課題
を達成するために、前記被検基板又は該被検基板と一定
の位置関係にある位置合わせ用基板上に形成されたダブ
ルモード導波路と、前記光導波路デバイスに入射させる
べき入射光スポットと一定の位置関係を有し前記ダブル
モード導波路に入射させる光を射出する発光手段と、前
記ダブルモード導波路からの出射光を分岐させる導波路
分岐手段と、該導波路分岐手段により分岐された光をそ
れぞれ独立に検出する光検出手段とを備え、該光検出手
段からの信号に基づいて前記光導波路入射面と前記入射
光スポットの相対的な位置合わせを行うものである。

【０００９】請求項２の位置合わせ装置は、前記ダブル
モード導波路の長さＬは、該ダブルモード導波路中を伝
搬する０次モード光と１次モード光との完全結合長をＬ
ｃとするとき、Ｌ＝ｍ・Ｌｃ（ｍは自然数）となるよう
に構成されたものである。

【００１０】請求項３の位置合わせ装置は、前記ダブル
モード導波路が形成されている前記被検基板又は位置合
わせ用基板が、電気光学効果を有する誘電体結晶からな
る基板で構成されたものである。

【００１１】請求項４の位置合わせ装置は、前記ダブル
モード導波路が形成されている前記被検基板又は位置合
わせ用基板が、Ｓｉ基板又は化合物半導体基板で構成さ
れ、前記光検出手段が前記Ｓｉ基板又は化合物半導体基
板上にモノリシックに集積化されたものである。

【００１２】請求項５の位置合わせ装置は、前記ダブル
モード導波路に、０次モード光と１次モード光との完全
結合長を調整するための電極が設けられたものである。

【００１３】

【作用】本発明では、上述のように、光導波路デバイス
が形成されている被検基板又は被検基板と一定の位置関
係にある位置合わせ用基板上に、位置合わせ用のダブル
モード導波路を設けている。

【００１４】このダブルモード導波路に入射する入射光
がダブルモード導波路の幅方向に対して強度または位相
の非対称性を有している場合、ダブルモード導波路内に
は、０次モードと１次モードが励起される。これらの２
つのモードはダブルモード導波路内でモード間干渉を起
こし、横方向にエネルギーが振動した光がダブルモード
導波路中に励起される。この振動の半周期は完全結合長
（以下Ｌｃという）と呼ばれ、導波路の形状、屈折率分
布、導波する光の波長よって決定される。

【００１５】そして、ダブルモード導波路の長さＬがＬ
＝Ｌｃ・（ｎ／２）（但しｎは整数）の時以外には、入
射光スポットの強度の非対称性の程度に応じて、分岐手
段によるダブルモード導波路射出光の分岐比が変化す
る。この分岐比の変化の量は、ダブルモード導波路の長
さＬがＬｃの整数倍の時最も大きくなる。

【００１６】一方、上記のダブルモード導波路の入射面
の幅方向に対して対称な強度分布を有する入射光スポッ
トが入射した場合、ダブルモード導波路内には０次モー
ドのみが励起されるので、上述のような光エネルギーの
振動は起こらない。そのためダブルモード導波路内を伝
搬した光は分岐手段で等分配される。

【００１７】また、入射光スポットの強度分布の非対称
性はダブルモード導波路入射面に対して相対的なもので
あり、入射光スポット自身の形状は対称であっても、ダ
ブルモード導波路入射面の幅方向の中心に対して光スポ
ットの中心が横方向にずれていれば、入射光スポット内
に強度分布の非対称性がある場合と同様に分岐手段によ
る光の分岐比が変化する。

【００１８】従って、長さＬがほぼＬｃの整数倍である
ダブルモード導波路に入射する入射光スポットのダブル
モード導波路入射面中心からのズレ量は、分岐後の出射
光量をそれぞれ独立して検出することによって分岐比の
変化として知ることができる。また、分岐された光を検
出する２つの光検出器からの出力の差信号は、入射光ス
ポットのダブルモード導波路入射面中心からのズレの方
向によって、符号が逆転するので、これによってズレの
方向を知ることができる。

【００１９】

【実施例】

（実施例１）次に図面を参照して本発明の実施例につい
て説明する。図１は、第１実施例による位置合わせ装置
の構成を示す要部平面図である。図において被検基板１
上には、光ファイバーアレイ２に対して相対的に位置合
わせを必要とする４×４光スイッチング網３を含む光集
積回路が形成されているとともに、位置合わせ用のダブ
ルモード導波路４，５、このダブルモード導波路からの
それぞれの出射光を分岐する導波路分岐手段６，７、及
び導波路分岐手段に６，７により分岐されたそれぞれの
光を導波する導波路８，９と１０，１１が形成されてい
る。

【００２０】また、光ファイバアレイ２には、ダブルモ
ード導波路４，５に光を入射させるための位置合わせ用
のファイバ２０，２１が設けられ、導波路８，９，１
０，１１の射出端には、それぞれ導波路からの出射光量
を独立に検出する光検出器１２，１３，ならびに１４，
１５が設けられている。

【００２１】以上のような構成において、光スイッチン
グ網３の導波路に光を入射させるための光ファイバ１
６，１７，１８，１９及びダブルモード導波路４，５に
光を入射させるための光ファイバー２０，２１は図のよ
うにアレイ状に配置されており、各ファイバー間隔Ｐ
₁ ，Ｐ₂ ，Ｐ₃ ，Ｐ₄ ，Ｐ₅ は被検基板１上の光スイッ
チング網３の導波路及びダブルモード導波路４，５の入
射面中心の間隔と一致するように作製してある。これら
の光ファイバのうち、ダブルモード導波路４，５の入射
面に対面する光ファイバ２０，２１はシングルモードで
あり、そのコア径はダブルモード導波路４，５の入射面
の幅と同程度の大きさになっている。

【００２２】本実施例では、被検基板１としてＺカット
ＬｉＮｂＯ₃ 基板を用いており、被検基板１上の光スイ
ッチング網３を構成する導波路、位置合わせ用のダブル
モード導波路４，５、導波路分岐手段６，７、及び導波
路８〜１１は、被検基板１にＴｉを熱拡散することによ
って作製している。

【００２３】また、光スイッチング網３を構成する導波
路上に設けられた電極２７，２８，２９，３０，３１は
スパッタリングによって形成されたＳｉＯ₂ 薄膜上にＡ
ｌを真空蒸着することによって形成している。但し、こ
れらの材料および作製方法は本実施例に示したものに限
られるわけではなくそのほかの材料方法を用いて作製し
ても良いものである。

【００２４】次に図２を参照して本実施例における位置
合わせ方法について具体的に説明する。図２は、前述し
た図１の一部を拡大したものである。図において、光フ
ァイバー２０から出射した光は被検基板１上のダブルモ
ード導波路４の入射面３２に入射する。

【００２５】このとき、光ファイバー２０の中心がダブ
ルモード導波路４幅の丁度中央に位置しない場合（図中
３３，３４で示す）、入射光の強度分布はダブルモード
導波路４の中心軸に対して非対称（図中３５，３６で示
す）となりダブルモード導波路４には０次および１次モ
ードの光が励振され、両モード間の干渉によってダブル
モード領域の幅方向に光パワーが振動する（図中３７，
３８で示す）。

【００２６】本実施例では、ダブルモード導波路４の長
さは０次および１次モードの完全結合長Ｌ_C のほぼ整数
倍となっているため、分岐手段６では光ファイバー２０
とダブルモード導波路４幅の中心の間のズレ量に応じて
光が分配される。そのため、分岐後の光を導波するふた
つの導波路８，９の出力端に設けた光検出器１２，１３
からは異なった強度の信号が得られる。この信号強度の
差は、光ファイバー２０の中心が図示しない移動手段に
よって移動されてダブルモード導波路４幅の中心に近づ
けられるにつれて小さくなる。そして、丁度中心に位置
したとき（図中３９で示す）、ダブルモード導波路４に
は０次モードの光しか励起されないので、入射光は図中
４０で示すようにふたつの導波路８，９に等分配され、
光検出器１２，１３の信号強度差は零となる。

【００２７】さらに、光ファイバー２０の中心がダブル
モード導波路４幅の中心に対して、近づいてきたときと
反対側に遠ざかると、再び入射光強度の分布は非対称と
なり、光検出器１２，１３出力信号の差は零ではなくな
り、かつ、その正負の符号は近づくときの逆となる。

【００２８】上記の光検出器１２，１３の出力の差信号
と光ファイバー２０の中心とダブルモード導波路４幅中
心間のズレ量の関係を模式的に示すと、図３のようにな
る。図において、縦軸は光検出器１２，１３の出力の差
信号強度を表し、横軸は光ファイバー２０の中心とダブ
ルモード導波路４との中心間のズレ量を表しており、両
軸の交点はズレ量が零である位置を示している。

【００２９】図にも示されるように、光検出器１２，１
３のの差信号強度と符号から、光ファイバー２０の中心
軸とダブルモード導波路４の幅中心との横方向のズレの
大きさと方向を知ることができる。

【００３０】また、光ファイバー２１とダブルモード導
波路５についても同様であることは言うまでもない。そ
して、光ファイバー２０，２１は光スイッチング網３の
導波路と対面する光ファイバ１６〜１９と一定の位置関
係にあり、ダブルモード導波路４，５は光スイッチング
網３と同じ被検基板１上にある。従って、光ファイバー
２０，２１とダブルモード導波路４，５の中心が一致す
る時に、光スイッチング網３を構成する導波路と光ファ
イバ１６〜１９の中心も一致する。

【００３１】しかるに、本実施例の位置合わせ装置にお
いては、光検出器１２，１３の差信号強度、光検出器１
４，１５の差信号強度に基づいて、差信号が零となるよ
うに被検基板１と光ファイバアレイ２の相対的な位置関
係を調整すれば、試行錯誤を繰り返すことなく、正確に
位置合わせを行うことができる。

【００３２】また、本実施例では、位置合わせ用のダブ
ルモード導波路４，５を被検基板１の両端に設けている
ので、被検基板１と光ファイバーアレイ２は、被検基板
１の傾きを含めて正しく位置合わせを行うことができ、
これにより、光スイッチング網３の導波路入射面に光フ
ァイバ１６〜１９からの光を効率よく結合することがで
きる。

【００３３】また、本実施例では、ダブルモード導波路
４，５の長さＬを完全結合長Ｌ_C の整数倍としている
が、Ｌ＝Ｌ_C ・（ｎ／２）（ｎは整数）以外であれば、
必ずしもＬ_C の整数倍でなくとも、光検出器１２，１
３、及び１４，１５の差信号から光ファイバーアレイ２
と被検基板１のズレの大きさと方向を知ることができ
る。但し、ダブルモード導波路４，５の長さがＬ_C の整
数倍であるとき最も高い検出感度が得られるので、ダブ
ルモード導波路４，５の長さはＬ_C の整数倍であること
が好ましい。

【００３４】その際、ダブルモード導波路４，５の長さ
ＬをＬ_C の整数倍に設定したとしても製造上の誤差が生
じることが考えられるが、図１中のＡ又はＢに示したよ
うにダブルモード導波路４，５に電極を設けて電圧を印
加することによって、ダブルモード導波路４，５長に合
わせてＬ_C を変化させるようにしても良い。即ち、Ａの
例では、ダブルモード導波路４を挟むように電極２４，
２６を設けるとともにダブルモード導波路４上に電極２
５を設け、電極２４，２６を接地し、電極２５に所定の
電圧を印加する。また、Ｂの例では、ダブルモード導波
路４を挟むように電極２２，２３を設け、一方の電極２
３を接地し、他方の電極２２に所定の電圧を印加する。
このようにすれば、ダブルモード導波路４の長さが厳密
にＬ_C の整数倍でなくとも高い感度を得ることができ
る。

【００３５】なお、上記の実施例では、光スイッチング
網を有する光集積回路と光ファイバーを結合する場合を
例にとって説明したが、これに限定されるものでないこ
とは言うまでもなく、本発明の位置合わせ装置は相対的
な位置合わせが必要な光デバイス同志の結合であれば、
適用できることは言うまでもない。

【００３６】（実施例２）次に、図４を参照して、本発
明の第２実施例を説明する。本実施例では、本発明を光
導波路デバイスの検査に用いた例について説明する。

【００３７】図において、被検基板４１上には既知の間
隔で被検導波路デバイス４２，４３，４４，４５が形成
されている。さらに被検基板４１上には被検導波路デバ
イス４２および４５にそれぞれ隣接してシングルモード
導波路４６，４７が既知の間隔で設けられている。シン
グルモード導波路４６，４７の入射端４８，４９にはレ
ンズ５０を介してレーザダイオード５１，５２からの出
射光が結合されている。

【００３８】一方、位置合わせ用基板５５上には、被検
基板４１上の被検導波路デバイス４２，４３，４４，４
５と対応する導波路６０，６１，６２，６３が設けられ
ており、被検基板４１と反対側の導波路６０，６１，６
２，６３の入射面にはレーザーダイオード５６，５７，
５８，５９が設けられている。即ち、被検導波路デバイ
ス４２，４３，４４，４５にはレーザダイオード５６，
５７，５８，５９からの光が、導波路６０，６１，６
２，６３を介して入射される。

【００３９】また、位置合わせ用基板５５上には、位置
合わせ用のダブルモード導波路７４，７５が設けてあ
り、ダブルモード導波路７４，７５の入射端７６，７７
とそれぞれ隣接する導波路の出射端７８，７９との間隔
は、被検基板４１上のシングルモード導波路４６，４７
とそれぞれ隣接する被検導波路デバイス４２，４５との
間隔と相等しくなっている。

【００４０】上記のダブルモード導波路７４，７５には
射出光を分岐するための分岐手段６４，６５が設けら
れ、この分岐手段６４，６５には分岐された光を導波さ
せるために各々に２本ずつの導波路７０，７１と７２，
７３が接続されている。そして、導波路７０，７１，７
２，７３の各出射端には、独立して光を検出可能な光検
出器６６，６７，６８，６９が設けられている。

【００４１】また、被検導波路デバイス４２，４３，４
４，４５からの出射光を検出するための光検出器アレイ
８０がレンズ５０を介して被検導波路デバイス４２，４
３，４４，４５に対面している。

【００４２】上記のレーザダイオード５１，５２とシン
グルモード導波路４６，４７間の結合は厳密である必要
はなく、シングルモード導波路４６，４７の出射端５
３，５４からの出射光が位置合わせ用基板５５上のダブ
ルモード導波路７４，７５に入射され、光検出器６６，
６７，６８，６９によって、分岐手段６４，６５での分
岐比が求められれば良い。

【００４３】上記のような構成において、被検基板４１
を位置合わせ用基板５５に対して図示しない移動手段に
よって接近させ、被検基板４１上のシングルモード導波
路４６，４７から出射した光を位置合わせ用基板５５上
のダブルモード導波路７４，７５にそれぞれ入射させ
る。このとき、シングルモード導波路４６，４７とダブ
ルモード導波路７４，７５の相対位置関係は実施例１と
全く同様な方法で光検出器６６，６７，６８，６９から
の出力に基づいて知ることができる。

【００４４】従って、本実施例においては、光検出器６
６と６７及び６８と６９の差信号が零となるように図示
しない移動手段で被検基板４１を移動させ、シングルモ
ード導波路４６，４７をダブルモード導波路７４，７５
の中心に位置合わせすることが容易に達成される。この
とき被検基板４１上の被検導波路デバイス４２，４３，
４４，４５と位置合わせ用基板５５上の導波路６０，６
１，６２，６３は適切な位置関係に配置されるることに
なる。

【００４５】しかるに、本実施例の位置合わせ装置を用
いれば、被検基板４１を次々に交換しても、被検基板４
１上の被検導波路デバイス４２，４３，４４，４５に対
して検査用の入射光を適切な位置で入射させることが容
易にできるため、検査時間を短縮することが可能とな
る。

【００４６】

【発明の効果】以上のように本発明の位置合わせ装置
は、位置合わせ用にダブルモード導波路を設けてこのダ
ブルモード導波路から射出される光を分岐し、分岐され
た光を独立に検出する構成となっているので、分岐比の
変化から光導波路デバイス入射面と入射光スポットの相
対的な位置のズレ量及びズレ方向を知ることができる。
従って、本発明によれば、入射光スポットと光導波路デ
バイス入射面との位置合わせを試行錯誤をくり返すこと
なく、容易に短時間で行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明第１実施例による位置合わせ装置の構成
を示す模式的な平面図である。

【図２】図１の実施例における位置合わせ方法を説明す
るための説明図である。

【図３】図１の実施例における光検出器の差信号出力
と、入射光スポットとダブルモード導波路中心間のズレ
量の関係を示した概念図である。

【図４】本発明第２実施例による位置合わせ装置の構成
を示す模式的な平面図である。

【符号の説明】

１，４１…被検基板、２…光ファイバーアレイ、４，
５，７４，７５…ダブルモード導波路、６，７，６４，
６５…導波路分岐手段、１２，１３，１４，１５，６
６，６７，６８，６９…光検出器、５０…レンズ、５
１，５２，５６，５７，５８，５９…レーザダイオー
ド、５５…位置合わせ用基板。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検基板上に形成された光導波路デバイ
   スの入射面と該入射面に入射させるべき入射光のスポッ
   トとを相対的に位置合わせするための装置であって、 前記被検基板又は該被検基板と一定の位置関係にある位
   置合わせ用基板上に形成されたダブルモード導波路と、
   前記光導波路デバイスに入射させるべき入射光スポット
   と一定の位置関係を有し前記ダブルモード導波路に入射
   させる光を射出する発光手段と、前記ダブルモード導波
   路からの出射光を分岐させる導波路分岐手段と、該導波
   路分岐手段により分岐された光をそれぞれ独立に検出す
   る光検出手段とを備え、該光検出手段からの信号に基づ
   いて前記光導波路入射面と前記入射光スポットの相対的
   な位置合わせを行うことを特徴とする光導波路デバイス
   の位置合わせ装置。
2. 【請求項２】 前記ダブルモード導波路の長さＬは、該
   ダブルモード導波路中を伝搬する０次モード光と１次モ
   ード光との完全結合長をＬｃとするとき、Ｌ＝ｍ・Ｌｃ
   （ｍは自然数）であることを特徴とする請求項１の光導
   波路デバイスの位置合わせ装置。
3. 【請求項３】 前記ダブルモード導波路が形成されてい
   る前記被検基板又は位置合わせ用基板は、電気光学効果
   を有する誘電体結晶からなることを特徴とする請求項１
   の光導波路デバイスの位置合わせ装置。
4. 【請求項４】 前記ダブルモード導波路が形成されてい
   る前記被検基板又は位置合わせ用基板はＳｉ基板又は化
   合物半導体基板からなり、前記光検出手段は前記Ｓｉ基
   板又は化合物半導体基板上にモノリシックに集積化され
   たことを特徴とする請求項１の光導波路デバイスの位置
   合わせ装置。
5. 【請求項５】 前記ダブルモード導波路には、０次モー
   ド光と１次モード光との完全結合長を調整するための電
   極が設けられたことを特徴とする請求項１の光導波路デ
   バイスの位置合わせ装置。